WO2018083002A1 - Method and device for carrying out endothermic gas phase-solid or gas-solid reactions - Google Patents

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Bernd Zoels
Matthias Kern
Jens Bernnat
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Friedrich GLENK
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Definitions

  • the present invention relates to a method for carrying out endothermic gas-phase or gas-solid reactions, wherein in a production phase in a first reactor zone, the production zone which is at least partially filled with solid particles, wherein the solid particles in the form of a fixed bed, a moving bed and in sections / or in the form of a fluidized bed, the endothermic reaction is carried out and the product-containing gas stream in the range of the highest temperature level plus or minus 200 K is withdrawn from the production zone and the product-containing gas stream through a second reactor zone, the heat recovery zone, which at least partially contains a fixed bed is passed, wherein the heat of the product-containing gas stream is stored in a fixed bed, and in the subsequent rinsing step, a purge gas is passed in the same flow direction through the production zone and the heat recovery zone, and in a He izzone, which is arranged between the production zone and the heat recirculation zone, the heat required for the endothermic reaction is introduced into the product-containing gas stream and into the purge
  • Endothermic reactions are often at the beginning of the value chain of the chemical industry, for example in the separation of petroleum fractions, the reforming of natural gas or naphtha, the dehydrogenation of propane, the dehydroaromatization of methane to benzene, the reverse Boudouard reaction, coal gasification or the Pyrolysis of hydrocarbons.
  • temperatures between 500 ° C and 1700 ° C are required to achieve technically and economically interesting yields. The reason for this lies mainly in the thermodynamic limitation of the equilibrium conversion. The provision of the required heat of reaction at this temperature level poses a major technical challenge.
  • Fluidized bed reactors have been used in the prior art for the heat integrated guidance of endothermic processes (Levenspiel, O. (1988) Chemical Engineering's Grand Ad- perture, Chemical Engineering Science, 43 (7), 1427-1435). For the heat supply of the endothermic reaction, essentially four concepts are used.
  • US 2002/0007594 discloses a process for the parallel production of hydrogen and carbonaceous products in which natural gas is introduced into a reaction space and thermally decomposed in the presence of a carbon-rich solid.
  • US 2002/0007594 discloses that in a reactor separate from the reaction space of the thermal decomposition, the carbonaceous solid is heated. The heating takes place by the resulting combustion of hydrocarbons or hydrogen combustion gases. Subsequently, the heated solid is introduced into the reaction space.
  • the disadvantage of using a solid as a heat transfer medium is that the solid must be heated above the temperature level of the reaction in a separate combustion chamber and circulated between the combustion chamber and the reaction chamber.
  • the handling of the hot solid leads to extreme thermal and mechanical stress on the reactor and the control devices.
  • the solid particle flow is coupled to the heat demand of the reaction and a uniform distribution of the mass flows over the cross section is a necessary condition for achieving the optimal heat integration. Consequently, the ratio between the gas flow and the flow of solids can be adjusted only within a narrow range.
  • the pyrolysis product stream goes through a region of decreasing temperature where the backreaction can take place. Thus, in this region of the reactor, the back-reaction to the target reaction can take place and reduce the yield of the gaseous target products.
  • the yield loss may be up to 5%, in the case of steam reforming of methane, up to 50%.
  • the prior art e.g., U.S. 6,331,283 further discloses autothermal processes in which the heat required for the endothermic reaction is generated via an exothermic co-reaction in the same reaction space.
  • the disadvantage of these autothermal processes is the contamination of the gaseous product stream by the flue gases, e.g. in the case of hydrocarbon pyrolysis, entrainment of C-containing components into the hydrogen-rich product stream.
  • the losses in the product yield are disadvantageous, in the case of hydrocarbon pyrolysis, substantial loss of the pyrolysis carbon. Further, heating the fuel gas for the exothermic accompanying reaction may be detrimental to heat integration.
  • US 4,240,805 describes a cyclic stream reforming process for hydrogen production in a fixed bed reactor.
  • the educt gas is heated in the reactor zone filled with solid particles 1 and reacted in the zone 2 of the reactor, which is filled with catalyst.
  • the product stream leaves zone 2 at high temperatures and cools in Zone 3, which is filled with inert material.
  • Zone 3 which is filled with inert material.
  • hydrogen and oxygen flow opposite to the product stream separately from each other through the zone 3 and heat up.
  • zone 2 hydrogen and oxygen are combined so that the combustion reaction heats zones 2 and 1 and the production phase can begin again.
  • US 2003/0235529 describes the production of synthesis gas in a cyclically operated 2-zone fixed-bed reactor.
  • the first zone of the reactor is filled with catalysts and the second zone is filled with intermaterial.
  • the reaction takes place in the first zone and the hot product stream cools down in the second zone.
  • oxygen and fuel flow through the reactor in the reverse flow direction, which burn at the transition from zone 2 to zone 1 and supply the heat for the next production phase. It is clear in FIG. 2 of US2003 / 0235529 that during reforming (reform, 149) the reaction front (right flank) moves much faster than the pure temperature front (left flank).
  • a disadvantage of the disclosed mode of operation in these non-synchronous temperature fronts is that force is forcibly discharged from the reactor to set the output profile for the next cycle, resulting in increased energy consumption.
  • the optimum adjustment of the heat capacity flow between the production phase and the regeneration phase of 1: 1 deviated by a factor of 4 in order to achieve an acceptable turnover of the reforming.
  • 82.35% and according to example 2 74.64% of the heat released are used for the reforming.
  • US 2007/0003478 describes the cyclic production of synthesis gas in a 3-zone fixed bed reactor. Zones 1 and 3 are filled with inert material and zone 2 with catalyst. In production phase 1, the reactant gas is heated in zone 1. Before zone 2, oxygen is supplied, so that sufficient heat is available in zone 2 for the endothermic synthesis gas reaction. Subsequently, the product stream cools down in zone 3. In the production phase 2, educt gas in the zone 3 is heated in the reverse flow direction and oxygen is supplied before the zone 2. In US 2007/0003478 thus no regeneration phase is described. The reaction route and the driving style are symmetrical.
  • the third concept is based on the fact that the heat is transferred indirectly, for example recuperatively (eg EP 15 16 8206) or via heat pipes (eg US 4,372,377), from the exothermic to the endothermic reaction chamber.
  • recuperatively eg EP 15 16 8206
  • heat pipes eg US 4,372,377
  • a disadvantage of this concept are the complex installations in the hot section of the reaction chamber, the high material and constructive demands on the seal and to avoid thermal stresses. Furthermore, these internals interfere with the solids flow.
  • Another problem with this concept is the fouling of the heat exchanger surfaces; For example, in the case of hydrocarbon pyrolysis, the separation of pyrolytic carbon preferably takes place on hot surfaces.
  • the fourth concept is based on the use of gaseous heat transfer media for the coupling of heat for endothermic decomposition reactions:
  • WO 2013/004398 discloses that the thermal energy for the heat transfer medium is generated outside the reaction space and the gaseous heat transfer medium is inert to the decomposition reaction and / or is a product of this reaction.
  • the disadvantage is that the solid particle flow is coupled to the requirements of heat integration. Further, the decomposition reaction product stream passes through a region of decreasing temperature in which the backreaction can take place.
  • US 2,319,679 discloses a process for the pyrolysis of hydrocarbons to acetylene in a regenerative furnace containing a structured packing of silicon carbide bricks.
  • the task of a regenerator is to act as a heat storage for hot exhaust gases of a furnace. This is done by heating one of two refractory-lined channels by hot exhaust gases until it is switched to the second channel when a predetermined temperature is reached. The heated channel now heats the fresh gas. At the same time the other channel is heated again by exhaust gases until a switchover takes place again.
  • the process is cycled with a cycle time of 3 to 5 minutes.
  • the regenerative furnace is heated by the exhaust gases of a combustion chamber to temperatures between 1 100 ° C to about 1600 ° C.
  • cold process gas is passed over the preheated packing and reacted pyrolytically.
  • the pyrolysis gas is introduced immediately after leaving the regenerator in a water bath and quenched to suppress further reaction of the acetylene formed.
  • the process is characterized by the fact that the valves are arranged to control the process in the cold, where they can reliably switch in the required frequency.
  • the disadvantage of this process is the lack of heat integration in the process gas.
  • US 2,557,143 discloses a process for the pyrolysis of hydrocarbons to "carbon black” and hydrogen in a regenerative furnace
  • the regenerative furnace consists of at least two separate apparatuses, a “reactor” and an “oven.” Both apparatuses are filled with random ones Packages of temperature-resistant particles, eg ceramic materials or of carbon
  • the pyrolysis process gas is only in contact with the reactor
  • a second gas stream eg hydrogen or a gas inert to the pyrolysis reaction, circulates as a heat transfer medium between the reactor and the furnace cyclically operated and comprises four phases:
  • a hydrocarbon flows through the preheated packing in the reactor and is converted to hydrogen and thermal carbon black (1);
  • a fuel is burned and the heat of combustion is stored in the pack of the furnace (2);
  • a non-oxidizing gas flows through the preheated packing of the furnace (3); the superheated heat transfer stream heats up the packing of the reactor.
  • the pyrolysis produces hydrogen and thermal black ("thermal black").
  • a stationary permanent soot charge builds up in the reactor. In steady-state operation, the produced soot is discharged with the process gas.
  • shut-off valves are required in the hot zone of the process line and the pyrolysis product stream passes through a region of falling temperature in which the reverse reaction can take place.
  • No. 7,943,808 discloses a cyclic process with periodic flow reversal for acetylene synthesis in a two-zone reactor.
  • the first and second zones of the reactor are designed differently.
  • the cross section in the first zone is split longitudinally into two channels.
  • the cross section of the second zone is homogeneous.
  • methane is passed through the reactor in the reverse flow direction.
  • methane is reacted in the preheated second reactor zone to acetylene and rapidly quenched in the first reactor zone.
  • a disadvantage of this method is the complexity of the reactor, due to the structuring of the cross section in the first reactor zone. This reactor design does not allow solids to be fed or removed from the reactor.
  • the object of the present invention is to overcome the mentioned disadvantages in the prior art, i. to show a process concept for carrying out endothermic gas phase and endothermic gas-solid reactions in which (i) no valves in the hot region of the process section are required, (ii) a mode of operation with integrated heat exchange is possible without the solid particle flow to the requirements of Heat integration and / or the general heat demand is coupled, (iii) an operating mode is selected which leads to setting a ratio of the heat capacity flows between the production phase and the regeneration phase close to 1: 1 and enables synchronous temperature fronts via this, (iv) a back reaction of the gas -Feststoffretress in the gaseous product stream is excluded as much as possible to avoid soot formation in the product stream and thus cleaning steps, (v) no handling of hot solid is needed, and / or (vi) no contamination by autothermal heating, is used.
  • the focus is on tasks (ii) and (iii).
  • the object is achieved by a method for carrying out endothermic gas-phase or endothermic gas-solid reactions, which is characterized in that in a production phase in a first reactor zone, the production zone which is at least partially filled with solid particles, wherein the solid particles in the form a fixed bed, a moving bed and sections / or in the form of a fluidized bed, the endothermic reaction is carried out and the product-containing gas stream in the range of the highest temperature level plus or minus 200 K is withdrawn from the production zone and the product-containing gas stream through a second Reactor zone, the heat recovery zone, which at least partially contains a fixed bed, is passed, wherein the heat of the product-containing gas stream in the Fixed bed is stored, and in the subsequent rinsing step, a purge gas is passed in the same flow direction through the production zone and the heat recovery zone, and in a heating zone, which is arranged between the production zone and the heat recovery zone, the heat required for the endothermic reaction in the product-containing gas stream and in the flushing stream or
  • highest temperature level is understood to mean the highest temperature reached in the respective endothermic reaction, preferably in the highest temperature level plus or minus 150 K, preferably plus or minus 100 K, in particular or minus 50 K.
  • a method for carrying out endothermic reactions comprising the method steps (a) introducing an educt-containing gas into a preheated production zone and carrying out the endothermic reaction in the production zone which is at least partially filled with solid particles (process step: production) , (b) optionally heat input to the product-containing gas stream in a heating zone located downstream of the production zone (process step: heat input), (c) heat transfer from the product-containing stream from step (b) to a fixed bed including in particular materials suitable for the Target reaction are inert and are not products of the target reaction, in a heat recovery zone, which is located downstream of the heating zone (process step: heat storage), (d) purging the production zone and the heat recovery zone with an inert purge gas in the flow direction of the edukt hygienen gas (process step Sp (e) heat input to the product-containing gas stream in a heating zone, which is arranged downstream of the production zone (process step: heat input), (f) interrupting the introduction of edukt
  • a structured reactor comprising three zones, a production zone comprising a packing of solid particles, a heating zone and a heat recovery zone containing a fixed bed, eg packings of solid particles and / or shaped bodies of structured regenerator internals such as monoliths or plates (see “Regular Catalyst form body for industrial syntheses “by Eigenberger et al., VDI, Research Reports, 1993, Series 14, No. 1 12), wherein the pack of solid particles and the fixed bed made of different materials and solid particles can be filled during the reactor operation and ausschleusbar.
  • the solid packing in the production zone is also referred to below as the "production bed.”
  • the production bed is advantageously formed of randomly arranged particles which can be reactive, catalytically active or inert.
  • the fixed bed of the production zone is advantageously a catalyst for an endothermic A gas phase reaction, a solid contact for an endothermic gas-solid reaction or the product of an endothermic reaction.
  • the fixed bed in the heat recovery zone is also referred to below as the "regenerator bed”.
  • the regenerator bed may advantageously consist of randomly arranged particles and / or a structured packing of fixed installations.
  • the materials of the regenerator bed can be inert and are advantageously not products of the target reaction.
  • the process according to the invention or the reactor according to the invention is advantageously used in a gas-solid reaction.
  • the process according to the invention or the reactor according to the invention is advantageously used in pyrolysis, steam cracking, dehydrogenation, dehydroaromatization, reforming, Boudouard reaction, alkane-amine dehydrogenation and / or water thermolysis.
  • the CO 2 emission in the process according to the invention for 100 kg of hydrogen is advantageously less than 10 kg CO 2 / kgH 2, preferably less than 8 kg CO 2 / kgH 2, in particular less than 6 kg CO 2 / kgH 2, in particular less than 4 kg CO 2 / kgH 2, especially at less than 2 kg CO 2 / kgH 2, most preferably the inventive method is C02 emission-free.
  • production is understood to mean the introduction of an educt-containing gas into the preheated solids packing in the production zone and its conversion.
  • heat input means the introduction of an oxygen-rich gas into the heating zone and the combustion of a fuel gas contained either in the main stream from the production zone during the production step or during the purge step, this fuel gas being heated to temperatures of 350 by the heat stored in the production bed ° C to 1200 ° C, preferably from 400 ° C to 1000 ° C.
  • the fuel gas can be introduced with a side stream directly into the heating zone.
  • the term "storage” is understood as meaning the throughflow of the regenerator bed and the transfer of the sensible heat contained in the gas stream to the regenerator bed.
  • release is understood to mean the introduction of a regeneration gas into the preheated regenerator bed in the opposite direction to the gas flows during the production phase and the absorption of the sensible heat stored in the regenerator bed.
  • heating is understood to mean the flow through the production bed with the regeneration gases from the regenerator bed during the release and the transfer of the sensible heat contained in the regeneration gas to the packing of the production bed.
  • urging is understood to mean the introduction, in the same direction to the gas streams during the production phase, of an inert, for example nitrogen-rich, or exothermically reacting, for example hydrogen-rich, gas in the partially cooled production bed.
  • holding is understood to mean the interruption of the flow through the production bed and / or the regenerator bed.
  • the term "idle” refers to the step in the heating zone during which the product gas or regeneration gas does not absorb heat within the heating zone.
  • discharge is understood to mean the exchange of the gas content of the entire reactor, thus advantageously avoiding contamination of the process gases in the individual steps.
  • filling refers to the introduction of a stream of solids at the top of the production bed This step may occur simultaneously with the emptying of a portion of the production bed from the bottom of the production zone.
  • each cycle comprising steps a) to g) is advantageously 2 minutes to 24 hours, preferably 5 minutes to 12 hours, particularly preferably 10 minutes to 10 hours, in particular 30 minutes to 5 hours.
  • a cycle comprises at least two phases, the production phase comprising steps (a) to (c), ie production in the production zone, additional heat input in the heating zone and storage of the heat in the heat recovery zone, and the regeneration phase, steps (d) to (g), ie heat release from the heat transfer zone and heating of the production zone.
  • a cycle may also advantageously comprise the following further steps: holding, rinsing, removal of the solid product and / or filling of solid particles. These further steps may be included in each cycle, but may be missing over several cycles. Furthermore, the step of the trigger can extend over several cycles, possibly continuously. The frequency of removal of the solid product can be interpreted on the basis of process-specific criteria. The following table lists criteria for different processes: Process Criterion for the emptying / replacement of solid particles in the production zone
  • two or more steps may take place synchronously in time.
  • the steps of extracting and filling solid particles can be synchronized.
  • the steps rinsing, drawing off and / or filling of solid particles can take place synchronously.
  • the production phase advantageously occupies between 10 and 80%, preferably between 20 and 60% of the period.
  • the rinsing step in the production phase advantageously takes place between 0 and 50%, preferably between 10 and 40%, in particular between 30 and 40%, of the period of the period.
  • the regeneration phase advantageously occupies between 10 and 80%, preferably between 20 and 60% of the period duration; if there is a rinse step, the regeneration phase advantageously takes 30 to 40% of the period.
  • the duration of the steps in the heating zone and in the heat recovery zone is advantageously synchronized with the duration of the steps in the production zone. If no rinsing step is provided in the cycle, the heat input in the heating zone takes place during the production step (see FIG. 3). Otherwise, alternatively or additionally, the heat input in the heating zone takes place simultaneously with the rinsing step in the production zone (see FIG. 4 and FIG. 5), preferably alternatively.
  • the storage step in the heat recovery zone advantageously takes as long as the production step and the rinsing step together.
  • the relative duration of the individual process steps depends advantageously on how many of the reactors according to the invention are connected together to form a system. With the goal of quasi-continuous production, the following rule results:
  • the intended operating state is advantageously the cyclically stationary or periodic state.
  • This condition is asymptotic in trouble-free operation and is characterized in that the operating conditions of the reactor are equal at time intervals corresponding to the cycle period.
  • the production phase according to the invention comprises at least three steps in the flow direction of the educt gas: (a) “production”, (b) "heat input”, and (c) "storage” in the heat return zone.
  • the educt-containing stream in the production zone is advantageously passed through a preheated packing of temperature-resistant solid particles and reacted.
  • the educt-containing stream is advantageously a hydrocarbon-containing gas or vapor, i. a gaseous phase of a substance in equilibrium with the liquid phase.
  • Preference is given to natural gas H, natural gas L, refinery fractions such as liquefied gases (propane, butane), or naphtha, coupling gases and biogas, as described, for example, in WO 2014/095661 or mixtures thereof.
  • a preferred mixture includes natural gas and LPG.
  • the educt-containing stream is a carbon monoxide-containing, a hydrous, a hydrogen-containing, an HCl-containing and / or a (bio) ethanol-containing gas or vapor.
  • these starting materials can be mixed with hydrocarbons.
  • the process according to the invention is particularly preferably used in the production of hydrogen, of synthesis gas, of styrene, propene, butene and / or benzene, of acetylene, of carbon monoxide, of hydrogen cyanide and in the calcination of aluminum hydroxide.
  • thermolysis of water the dehydrogenation of ethylbenzene to styrene, of propane to propene, of butane to butene and / or of cyclohexane to benzene
  • pyrolysis of hydrocarbons in particular the pyroysis of methane , Ethane, propane and / or butane, as well as the pyrolytic acetylene production
  • dehydroaromatization of methane to propane the ammondehydrogenation of methane to propane, the Boudouard reaction
  • calcination decomposition of hydroxides and carbonates.
  • the feed temperature of the educt-containing stream is advantageously from -150 ° C to 750 ° C, preferably from -75 ° C to 600 ° C, more preferably from 4 ° C to 400 ° C, in particular from 20 ° C to
  • the advantage of the low temperatures is that the gas from a kyrogenen purification stage can be used directly and / or the product gas can be fed directly into a cryogenic purification stage, with only a slight drop in temperature for Fractionation is required.
  • Advantages of the higher temperatures are that high boilers can not condense out and the reactor volume can be used completely for the reaction.
  • the preheat temperature is the target value at which the production bed is advantageously heated prior to each production step in the cyclically stationary state.
  • a predominant part of the production bed is heated to this preheating temperature, advantageously between 30% and 100% of the bed, preferably between 40% and 100%, more preferably between 50% and 100%, in particular between 60% and 100% of the bed.
  • the production bed is advantageously at 900 to
  • 2000 ° C preferably preheated to 1 100 to 1900 ° C, more preferably to 1300 to 1800 ° C and in particular to 1400 to 1700 ° C (preheating temperature).
  • the difference between the feed temperature of the educt-containing stream and the temperature of the preheated solid packing in the reaction zone is advantageously 500 to 2000K, preferably 700 to 1900K, more preferably 900 to 1800K, especially 1000 to 1700K.
  • the onset temperature is the temperature above which the endothermic reaction proceeds at technically relevant reaction rates.
  • the value ranges of the onset temperatures are summarized in tabular form:
  • the educt-containing stream advantageously has a flow velocity in the production zone of 0.001 to 20 m / s, preferably from 0.01 to 10 m / s, more preferably from 0.05 to 5 m / s, in particular from 0.1 to 2 m / s.
  • flow velocity means the empty tube velocity under standard conditions, meaning that the material load of the reaction zone is defined independently of the variation of the operating parameters (pressure, temperature).
  • the product-containing stream on exiting the production zone to an absolute pressure of 0.1 to 100 bar, preferably from 0.3 to 80 bar, more preferably from 1 to 60 bar, in particular from 3 to 40 bar.
  • the average residence time of the educt-containing gas stream in the region of the production zone which has the preheating temperature is 0.1 to 900 s, preferably 0.2 to 300 s, more preferably 0.5 to 60 s, in particular 1 to 30 s.
  • the residence time in the production bed is meant as the quotient of the void volume of the production zone and the volume flow of the educt-containing gas stream under standard conditions.
  • the space-time yield of hydrogen production in natural gas pyrolysis is 10 to 10,000 kg H 2 / h / m 3 , preferably 100 to 1000 kg H 2 / h / m 3 .
  • the production bed is advantageously a packed bed, ie a packed packing of solid particles.
  • additional fixed installations in the production zone can also be provided, for example in the form of heating elements or in the form of a stationary, regular package.
  • the production bed in this case consists of a mobile and a stationary part.
  • the solid particles of the production bed are advantageously temperature-resistant in the range from 1000 to 2800 ° C., preferably from 1300 to 2800 ° C., more preferably from 1500 to 2800 ° C., in particular from 1600 to 2800 ° C.
  • temperature-resistant solids are advantageously used e.g. ceramic carrier particles, in particular materials according to DIN EN 60 672-3, such as e.g. Alkali aluminum silicates, magnesium silicates, titanates, alkaline earth aluminum silicates, aluminum and magnesium silicates, mullite, alumina, magnesium oxide and / or zirconium oxide into consideration.
  • non-standard high-performance ceramic materials such as e.g. Quartz glass, silicon carbide, boron carbide and / or nitrides serve as temperature-resistant solids.
  • a carbonaceous granulate is to be understood as meaning a material which advantageously consists of solid grains which are at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight of carbon, more preferably at least 95 wt .-%, in particular at least 98 wt .-% carbon.
  • the carbonaceous granules advantageously have a grain size, i. an equivalent diameter, which can be determined by sieving with a certain mesh size, of 0.05 to 100 mm, preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 0.2 to 5 mm, in particular 0.3 to 3 mm.
  • the density of the carbonaceous material is 0.15 to 2.25 g / ml, preferably 0.3 to 2 g / ml, more preferably 0.65 to 1.85 g / ml, especially 0.9 to 1.7 g / ml.
  • the porosity of the carbonaceous material is 0 to 0.95 ml / ml, preferably 0.1 to 0.85 ml / ml, more preferably 0.15 to 0.7 ml / ml, in particular 0.25 to 0.6 ml / ml.
  • the carbonaceous material has a macroporosity.
  • the average pore radius is advantageously from 0.01 to 50 ⁇ m, preferably from 0.1 to 20 ⁇ m, in particular from 0.5 to 5 ⁇ m.
  • the specific surface area is advantageously from 0.02 to 100 m 2 / g, preferably from 0.05 to 10 m 2 / g, in particular from 0.2 to 2 m 2 / g.
  • the carbonaceous granules are advantageously spherical.
  • a multiplicity of different carbonaceous granules can be used.
  • such granules may consist predominantly of coal, coke, coke breeze and / or mixtures thereof.
  • the carbonaceous granules 0 to 15 wt .-% based on the total mass of the granules, preferably 0 to 5 wt .-%, metal, metal oxide and / or ceramic.
  • coke in the present invention is meant a high carbon porous fuel (C-mass fraction> 85%).
  • the ceramic carrier particles advantageously have an unporous and smooth surface, defined by the roughness, or by the type of surface treatment, for example
  • the pyrocarbon can be "easily" removed from the surface, and polished carrier particles of corundum, stoneware or quartz glass are advantageous.
  • the rate of descent of the solids flow in the production zone, averaged over a period is in the range from 0 m / h to 50 m / h, preferably 0 m / h to 10 m / h, in particular 0 m / h to 5 m / h.
  • the solids flow may correspond to the production rate plus or minus 10% of the solid product, so that the hold-up of the production zone remains constant.
  • the loading and unloading takes place in the production zone with solid particles, while the production zone is not flowed through with edukt Vietnamesem gas, preferably is not flowed through with a reacting gas, especially during the production zone is traversed by any gas.
  • the solid packing in the production zone may have different fluidization states during the production step: advantageously a fixed bed, a moving bed or a fluidized bed.
  • the fluidization state may be homogeneous or inhomogeneous over the height of the production zone.
  • the production zone can be divided vertically into zones with different fluidization states: for example, in the lower section of the production zone a fixed bed or moving bed and in the upper section of the product outlet a fluidized bed or moving bed.
  • the intimate contact between the gaseous reaction mixture and the solid in the production zone and in the heat recovery zone results from the specific interface between the solid packing and the gas phase, which is greater than 50 m 2 / m 3 , preferably greater than 100 m 2 / m 3 , particularly preferably greater than 500 m 2 / m 3 . It causes an intensive heat exchange with a heat transfer coefficient of advantageously greater than 10 W / m 2 / K, preferably greater than 50 W / m 2 / K, particularly preferably greater than 100 W / m 2 / K between the gaseous reaction mixture and the solid.
  • the process according to the invention is preferably carried out for the pyrolysis of hydrocarbons without the use of an active metal-containing catalyst.
  • the solid particles of the production bed can also contain catalysts or the solid bed can consist exclusively of catalysts, so that the production bed is advantageously a catalyst bed.
  • Advantageous catalysts are known to those skilled in the above-mentioned reactions, for example, zeolite-containing catalysts for dehydro-aromatization, Ni-containing catalysts for reforming, Pt-, Fe- or Cr-containing catalysts for dehydrogenation.
  • the fixed bed may contain a solid, reactive component that is reversibly reacted in a forward and reverse reaction within one cycle.
  • a solid, reactive component that is reversibly reacted in a forward and reverse reaction within one cycle.
  • ferrites can be used for the thermolysis of water in this way (Solar Energy, 81 (5), 623-628, 2007).
  • Al (OH) 3 can be calcined to Al 2 O 3 or CaCOs to CaO.
  • the target products of this reaction are hydrogen and carbon.
  • the hydrogen advantageously flows through the packing of solid particles, while the carbon is largely deposited on the solid particles.
  • the degree of separation of the carbon on the solid particles is advantageously in the range from 85 to 100%, preferably 90 to 100%, particularly preferably 95 to 100%, in particular 99 to 100%.
  • the gas composition in the feed of the production zone is advantageously switched over from the educt-containing stream of the production step to a purge gas.
  • the purge gas may have different compositions.
  • the purge gas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, nitrogen, argon or a mixture of these gases.
  • the gas stream used during the purge step may be imported or a recycle stream from the process.
  • the heat input in the heating zone takes place at the same time as the rinsing step in the production zone (see FIG. 4 and FIG. 5). Otherwise, if no rinsing step is provided in the cycle, the heat input advantageously takes place in the heating zone during the production step (FIG. 3 and FIG. 6).
  • the storage step in the heat recovery zone advantageously takes as long as the production step and the rinsing step together.
  • the inlet temperature of the gas stream into the production bed during the rinsing step is advantageously -150 to 750 ° C, preferably -75 to 600 ° C, more preferably 4 to 400 ° C, especially 20 to 250 ° C. This is analogous to the inlet temperature for the educt-containing gas and the regeneration gas.
  • the gas stream advantageously has a flow rate in the production zone of 0.001 to 20 m / s, preferably from 0.01 to 10 m / s, more preferably from 0.05 to 5 m / s, in particular from 0.1 to 2 m / s up.
  • the ratio between the heat capacity of the gas fed into the reactor during the purging step and the heat capacity of the educt-containing gas in the feed of the production zone during the production step is between 0 and 400%, preferably between 0 and 200%.
  • the heat capacity of the gas stream in each step is determined according to the following relationship:
  • the run variable i can assume the following meaning: "production”, “rinse”, “store”, “release”.
  • the relative duration of the rinsing step is advantageously between 0 and 50%, preferably between 10% and 40%.
  • a combustion gas and an oxidizing agent are advantageously fed into the heating zone, so that the heat of combustion raises the mixture temperature at the outlet of the heating zone to the desired preheating temperature.
  • the produced water can advantageously be condensed out and the nitrogen recycled as recycle gas.
  • the solids packing in the production zone may have different fluidization states during the rinsing step analogously to the production step: advantageously a fixed bed, a moving bed or a fluidized bed, in particular a fixed bed.
  • Step heat input advantageously a fixed bed, a moving bed or a fluidized bed, in particular a fixed bed.
  • step (b) heat is supplied to the product-containing gas stream leaving the production zone, in particular hydrogen-containing gas stream, thereby increasing the thermal energy of the gas stream.
  • An increase in the thermal energy can be achieved by raising the gas temperature to the level of the required preheat temperature and / or by increasing the amount of gas at the level of the required preheat temperature.
  • the first effect is advantageously achieved by partial combustion of the combustible constituents of the product gas in the heating zone.
  • the second effect is achieved by introducing the flue gases from an external combustion chamber as gaseous heat transfer medium into the heating zone (hot gas feed).
  • the increase of the thermal energy is achieved by raising the gas temperature to the level of the required preheating temperature.
  • the steps “production” and “heating” run synchronously.
  • the steps “rinsing” and “heating” preferably run synchronously.
  • the heating zone may be a mixing chamber.
  • the walls of the heating zone can be lined with a temperature-resistant, chemically resistant, inert and heat-insulating layer.
  • the heating zone may contain separate feed lines for side streams such as fuel gas / oxidant-containing gas and / or a gaseous heat transfer medium.
  • the heating zone may contain baffles / baffles for guiding the streams (static mixers) and / or for feeding and distributing side streams.
  • the heating zone may include a device for igniting a combustible mixture.
  • the temperature of the gas stream leaving the heating zone is regulated to the predetermined value of the preheating temperature.
  • the heat input can take place according to all methods known to the person skilled in the art:
  • the gas stream containing flammable components leaving the production zone is treated with an oxidant-containing, e.g. oxygenates,
  • Gas stream which is fed via separate feed lines in the heating zone, mixed and partially burned.
  • the product-containing gas stream is preheated by the heat stored in the production bed to temperatures of 350 ° C to 1200 ° C, preferably from 400 ° C to 1000 ° C.
  • a heat input can take place in that advantageously a low-cost fuel gas, eg natural gas, an inexpensive liquid fuel, eg naphtha and / or a cost solid fuel, eg injection coal is burned in an external combustion chamber and introduced the hot flue gas via separate supply lines in the heating zone becomes.
  • the fuel and the oxidant can be introduced via separate feed lines in the heating zone and burned there.
  • a heat input by blowing of coal dust carried out at high temperatures of advantageously 1200 to 2200 ° C, preferably 1400 to 2100 ° C, more preferably 1500 to 2000 ° C, especially 1600 to 1900 ° C, and stoichiometric excess primarily to CO is implemented.
  • the product gas may contain significant amounts of COx. For certain applications, this proportion can be processed specifically as synthesis gas.
  • the heat input can be effected by feeding in a superheated inert gas, for example nitrogen.
  • the superheated inert gas may e.g. previously heated in a plasma torch or such a plasma torch can be integrated into the heating zone.
  • a heat input by indirect heating can take place.
  • the product-containing gas stream and the fuel gas for example an air / natural gas mixture can advantageously be passed through adjacent channels.
  • the heat of combustion is transferred through the duct wall to the process gas.
  • a special form of indirect heating is electrical resistance heating.
  • the electrical heating elements are in thermal contact with the gas stream.
  • the resistive elements are embedded in a heap of temperature-resistant particles, which is flowed through by the product gas.
  • the electrical heating elements may be embedded in a wall that is in thermal contact with the gas stream.
  • the heat for the endothermic reaction is introduced using the direct input of energy into the product-containing gas stream or into a purge stream.
  • the product gas stream entering the heating zone is overheated by a temperature difference of from 0 K to 2000 K, preferably from 0 K to 1000 K.
  • the oxygen-containing gas is for example air or enriched air, wherein the oxygen content of the oxygen-containing gas is advantageously between 20 and 100%, preferably between 40 and 100%, particularly preferably between 50 and 100%, in particular between 60 and 100%. Very particular preference is given to oxygen of technical purity (advantageously greater than 95% by volume oxygen, preferably greater than 99% oxygen, particularly preferably greater than 99.5% oxygen).
  • the inlet temperature of the oxidant-containing gas stream is advantageously between room temperature and 1500 ° C., preferably between 150 and 1100 ° C., more preferably between 300 and 900 ° C., in particular between 400 and 650 ° C.
  • the volume flow ratio of oxygen stream to product-containing gas stream is advantageously between 0.004 and 0.16, preferably between 0.008 and 0.12, more preferably between 0.012 and 0.08, in particular between 0.016 and 0.04.
  • oxidizing agents may also be used, e.g. NO or N20 can be used.
  • the mixing temperature of the gas flow at the outlet of the heating zone corresponds to the required preheating temperature.
  • the deviation from the nominal value is between -200 and + 200K, preferably between -100 and + 100K, more preferably between -50K and + 50K.
  • the ratio between the heat capacity of the gas fed in via the side feed and the heat capacity of the educt-containing gas in the feed of the production zone is between 0 and 5, preferably between 0 and 1, particularly preferably between 0 and 0.5, very particularly preferably between 0 and 0, 1 .
  • the heat capacity of the gas flow in each zone is advantageously determined according to the following relationship:
  • the running variable i can assume the following meaning: "production zone”, "heat recovery zone”.
  • the heat output related to the volume of the heating zone is 0, 1 MW / m 3 to 50 MW / m 3 , preferably from 0.5 MW / m 3 to 20 MW / m 3 , in particular from 1 MW / m 3 to 10 MW / m 3 .
  • the heat input is distributed to one or more heating zones installed along the heat recovery zone. This variant is shown in FIG.
  • the number of page feeds is advantageously determined according to the following rule:
  • ninj 1 + int ( ⁇ a_ ⁇ ⁇ AT ad
  • n inj number of page feeds
  • ⁇ ⁇ [K] effective temperature elevation within the reaction zone. AT eff corresponds to the difference between the required preheat temperature and the onset temperature of the endothermic reaction.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ [K] absolute value of the adiabatic temperature change of the endothermic reaction (for definition see http://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/1 1682/2350/1 / docu_FU, pdf page 31).
  • Determining the position of the feeds is governed by a length scale, which can be clearly described as the "migration interval of a thermal front"
  • Duration of the relevant time interval (as a rule, duration of the storage step within the cycle).
  • the positions of the side inlets are advantageously determined according to the following rules: (i) the distance of the first side feed from the beginning of the regenerator bed in the flow direction during the production phase corresponds favorably to the thermal front migration interval during the production phase, (ii) the distance between successive side feeds advantageous to the migration interval of the thermal front during the production phase.
  • This variant is particularly preferred if no rinsing step is provided in the cycle. Compared with the arrangement of the heating zone between the production zone and the heat recovery zone, a smaller side stream is required to transfer the heat for the storage step.
  • the product-containing gas stream is passed in step (c) in the heat recovery zone via a fixed bed, for example a packing of solid particles and / or structured regenerator internals.
  • the gas stream is advantageously cooled and the heat stored in the solid packing.
  • a portion of the regenerator bed is heated to the required preheat temperature for the production step, advantageously from 10% to 100% of the bed, preferably from 30% to 100%, more preferably from 40% to 100%, especially from 50% to 100% of the bed.
  • the heat transfer resistance during heat exchange between the gas and the fixed bed in the regenerator bed advantageously has a length of the transfer units or height-of-transfer units (HTU) of 0.01 to 5 m, preferably 0.02 to 3 m, particularly preferably 0.05 up to 2 m, in particular from 0.1 to 1 m.
  • HTU height-of-transfer units
  • the exit temperature of the product-containing storm from the regenerator bed varies with time within the storage step.
  • the exit temperature increase is less than 20%, preferably less than 10%, more preferably less than 5%, based on the difference between the preheat temperature and the start temperature at the exit of the heat transfer zone at the beginning of the storage step.
  • the outlet temperature rises continuously.
  • the difference between the exit temperature at the end and at the beginning of the storage step is between 1% and 100%, preferably between 10% and 70%, more preferably between 20% and 50% of the difference between the preheat temperature and the initial temperature at the exit of the heat transfer zone at the beginning the storage step.
  • Ceramic materials for the regenerator bed are packages of materials which are chemically inert with respect to the reverse reaction of the particular endothermic reaction, e.g. ceramic material.
  • ceramic materials are advantageous: ceramic materials according to DIN EN 60 672-3, in particular alkali aluminum silicates, magnesium silicates, titanates, alkaline earth aluminum silicates, aluminum and magnesium silicates, mullite, alumina, magnesia and / or zirconia and non-standard high performance ceramic materials, in particular Quartz glass, silicon carbide, boron carbide.
  • Advantageous packing forms for the regenerator bed are (i) random packing of shaped articles, eg balls, cylinders, rings, saddles etc., (ii) structured packing of monoliths, eg honeycomb bodies, refractory bricks, (iii) structured packing of profiled plate packs ("Ha
  • the yield losses of the gaseous product of gas-solid reactions are advantageously less than 10%, less than 5%, in particular less than 0 , 5%
  • This advantageous property results from the separation between the gaseous and the solid reaction product at the highest temperature level in the production zone
  • the reaction partner for the reverse reaction is absent.
  • the storage step takes place synchronously with the steps of "production” and / or “rinsing” in the production zone and with the step “heat input” in the heating zone If no rinsing step is provided in the cycle, the heat input in the heating zone advantageously takes place during the production step Otherwise, the heat input advantageously takes place in the heating zone at the same time as the rinsing step in the production zone (see Figure 4 and Figure 5.)
  • the storage step in the heat recovery zone advantageously takes as long as the production step and Rinse step together.
  • the ratio between the heat capacity of the gas passed through the retort bed during the storage step and the sum of the heat capacities of the gases introduced into the production bed and into the heating zone during the production step and optionally during the purge step is between 0.5 and 2, preferably between 0.8 and 1.2.
  • the regeneration phase of the feed is advantageously switched from edukt Vietnamesem gas in the production zone to a regeneration gas in the heat recovery zone.
  • the regeneration gas is advantageously passed through the reactor in the opposite direction to the educt-containing and product-containing stream, in particular hydrocarbon stream.
  • This regeneration gas is e.g. an inert gas and / or a gaseous product of the reaction from step a) and / or a gas mixture from the further process chain / process environment (see example), for example - in the case of methane pyrolysis - the purge gas of pressure swing adsorption for hydrogen purification.
  • the regeneration gas used is preferably nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor and / or argon or a mixture of these components.
  • the regeneration gas advantageously absorbs heat in the heat recovery zone.
  • the regeneration gas advantageously has an inlet temperature in the heat recovery zone, advantageously from -150 ° C to 750 ° C, preferably from -75 ° C to 600 ° C, more preferably from 4 ° C to 400 ° C, in particular from 20 ° C to 250 ° C on.
  • the inlet temperature is as close as possible to the ambient temperature, i. in the temperature range between -20 ° C and 150 ° C. This is analogous to the inlet temperature for the educt-containing gas.
  • the gas flow of the regeneration gas advantageously has a flow rate of 0.001 to 20 m / s, preferably from 0.01 to 10 m / s, more preferably from 0.05 to 5 m / s, in particular from 0.1 to 2 m / s ,
  • the regeneration gas advantageously has an exit temperature from the heat recovery zone of 900 to 2000 ° C, preferably from 1100 to 1900 ° C, more preferably from 1300 to 1800 ° C, in particular from 1400 to 1700 ° C.
  • the regeneration gas is passed from the heat recovery zone via the heating zone into the production zone.
  • a possible heat input in the heating zone with a heat output related to the volume of the heating zone is advantageously less than 100kW / m 3 .
  • the heating zone during the regeneration phase is idle, ie inactive; There is advantageously no heat input.
  • an oxidant-containing gas and a fuel gas e.g. Natural gas or a high-energy purge gas
  • a fuel gas e.g. Natural gas or a high-energy purge gas
  • the combustion can advantageously raise the temperature of the regeneration gas by 0 to 800K, preferably 0 to 500K, more preferably 0 to 300K, in particular 0 to 100K.
  • the ratio between the heat capacity of the gas supplied to the regenerator bed during the heat release and the gas supplied to the regenerator bed during heat storage is between 0.5 and 2, preferably between 0.8 and 1.2.
  • the regeneration phase heat exchange between the regeneration gas and the solid particles in the production bed advantageously takes place in the production zone.
  • the gas flow of the regeneration gas is advantageously cooled and the heat stored in the solid particles.
  • This advantageously provides for the subsequent production phase, i. set the production bed to the required preheating temperature.
  • the regeneration gas can advantageously be driven in a circle.
  • the exit temperature of the regeneration gas from the production bed varies with time within the phase.
  • the exit temperature increase is less than 20%, preferably less than 10%, more preferably less than 5%, based on the difference between the preheat temperature and the initial temperature at the exit of the production zone at the beginning of the heating step.
  • the outlet temperature rises continuously.
  • the difference between the outlet temperature at the end and at the beginning of the heating step is between 1% and 100%, preferably between 10% and 70%, more preferably between 20% and 50% of the difference between the preheat temperature and the initial temperature at the exit of the production zone at the beginning the heating step.
  • the catalyst bed can be freed from deposits which, for example, cause a reversible deactivation. This can be achieved by heating and optionally by adjusting a suitable atmosphere, eg water vapor content, to gasify coke deposits or, for example, oxygen to burn coke deposits.
  • a suitable atmosphere eg water vapor content
  • the heat-up step in the production bed and the heat-release step in the heat-recovery zone are synchronized, ie, both steps are started at the same time and last the same amount of heat in the regenerator bed gas supplied is between 0.5 and 2, preferably between 0.8 and 1.2.
  • step may be integrated into the cycle, for example: (i) introducing fresh solid particles into the production bed and / or emptying the solid product from the production bed, (ii) discharging, exchanging the gas content of the reactor to avoid contamination of the product Avoid process gases in the individual steps. Step: Fill / empty solids
  • the process can advantageously be carried out (quasi) continuously or batchwise.
  • the filling and emptying of solid can advantageously be carried out either continuously or clocked.
  • the batchwise procedure advantageously a solid is presented and over several cycles away neither refilled nor deducted.
  • the batch time is between one cycle and 100,000 cycles, preferably between one cycle and 1,000 cycles, more preferably between one cycle and 100 cycles.
  • the solid solid product, spent contact, deactivated catalyst
  • the solid can be completely or partially emptied and fresh solid (carrier, contact or catalyst) introduced.
  • the relative duration for the filling / emptying of the solid is advantageously between 0 and 100%, preferably between 0% and 50%, particularly preferably between 0% and 25%.
  • the filling / emptying of the solids take place synchronously with the steps "hold” and / or “heat up” and / or “ejection” and / or “production” and / or “rinsing". Step: Extend
  • the extension of the gas holdup takes place in each cycle.
  • the ejection step is optionally carried out at the beginning and / or at the end of the production phase. If the discharge takes place at the beginning of the production phase, the reactor is advantageously flowed through in the same flow direction as during the regeneration phase. If the discharge takes place at the end of the production phase, the reactor is advantageously flowed through in the same flow direction as during the production phase.
  • the gas in the feed may contain hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, nitrogen, argon or a mixture of these gases.
  • the feed temperature of the gas stream during the Ausschub suitses is advantageously -150 to 750 ° C, preferably -75 to 600 ° C, more preferably 4 to 400 ° C, in particular 20 to 250 ° C.
  • the gas stream advantageously has a flow rate in the production zone of 0.001 to 20 m / s, preferably from 0.01 to 10 m / s, more preferably from 0.05 to 5 m / s, in particular from 0.1 to 2 m / s.
  • the volume of the gas introduced into the reactor during the discharge step is advantageously from 1 to 1000 times, preferably from 2 times to 100 times, more preferably from 5 to 10 times, the reactor volume.
  • the gas volume corresponds to the volume at the inlet pressure and at the inlet temperature during the ejection step.
  • the relative duration of the Ausschubönes, based on the duration of a full period is advantageously between 0 and 10%.
  • the solid packing in the production zone can have different fluidization states analogous to the production step and the rinsing step during the ejection step, if it is flowed through in the same flow direction as during the production phase: advantageously a moving bed or a fluidized bed, preferably a fluidized bed.
  • the solid packing is flowed through in the production zone during the discharge step in the same flow direction as during the regeneration phase, it can form a moving bed.
  • the ejection step advantageously proceeds in synchronism with the steps “storage” (same flow direction of the educt) or “release” (reverse flow direction of the educt). Keep pace
  • the holding step is optionally carried out at the beginning and / or at the end of the production phase.
  • the flow through the production bed is advantageously interrupted by gas.
  • the relative duration of the holding step, based on the duration of a full period, is advantageously between 0 and 50%, preferably between 0 and 10%.
  • the holding step takes place synchronously with the step “release” in the heat recovery zone and / or with the step “discharge / filling" in the production zone.
  • the ratio between the heat capacity of the gases which flow through the production bed during the regeneration phase and the heat capacity of the gases which flow through the production bed during the production phase is advantageously between 0.5 and 2, preferably between 0.7 and 1.5 preferably between 0.9 and 1, 1.
  • ⁇ ⁇ [K] effective temperature elevation within the reaction zone.
  • ⁇ ⁇ ⁇ is the difference between the required preheat temperature and the onset temperature of the endothermic reaction.
  • the pressure in the reactor can optionally be varied during the individual phases of the cycles.
  • the following variants are advantageous: (i) Production phase at high pressure of advantageously 2 to 60 bar, preferably 3 to 50 bar, particularly preferably 5 to 40 bar, in particular 10 to 30 bar, and regeneration phase at low pressure of advantageously ambient pressure to pressure of the production phase , In this case, we speak of a pressure swing mode. If the production phase and the regeneration phase have different pressures, the production gas and the regeneration gas are advantageously carried out in two separate cycles, (ii) production and regeneration phase at high pressure of advantageously 2 to 60 bar, preferably 3 to 50 bar, particularly preferred 5 to 40 bar, in particular 10 to 30 bar. In a pressure swing mode, the filling of the solid takes place (carrier, contact or catalyst) advantageous at low pressure, in particular from preferably 1 to 10 bar absolute, preferably 1 to 6 bar absolute, more preferably 1 to 4 bar absolute.
  • the reactor can advantageously be started from the cold state by feeding an inert gas, for example nitrogen or argon, to the reactor, periodically at intervals of from 1 minute to 100 minutes, preferably from 2 minutes to 50 minutes, more preferably from 5 minutes to 20 minutes Minutes the direction of flow through the reactor is reversed.
  • an inert gas for example nitrogen or argon
  • the start-up phase advantageously lasts between 1 and 100 cycles, preferably between 5 and 20 cycles. After this start-up phase, the process is switched over to the intended driving style.
  • the present invention further comprises a structured reactor containing three zones, a production zone containing a packing of solid particles, a heating zone and a heat recovery zone comprising a fixed bed, e.g. a random packing of moldings or a structured packing of monoliths or profiled sheets, wherein the pack of solid particles and the fixed bed consist of different materials and solid particles can be filled and discharged during the reactor operation.
  • the heating zone may be located in the connection above the production and heat recovery zones ( Figure 1). In this construction, the heating zone is directly accessible from above. Thereby, the required devices for the metering and distribution of the side stream during the heat introduction step can be installed over the one end of the reactor.
  • a hot gas filter for example made of silicon carbide.
  • this filter advantageously solid particles entrained with the product stream, e.g. Carbon particles, retained and burned or gassed.
  • the filter is advantageously backwashed, thereby ensuring its reliable function.
  • the production zone can be advantageously equipped with a monolith heat storage in addition to the random particle bed that forms the production bed.
  • the ratio of the channel width of the monoliths to the particle size of the particles is advantageously between 10 and 100, preferably between 20 and 50.
  • the monoliths may advantageously consist of temperature-resistant ceramic or of carbon.
  • the monoliths can advantageously fill the production zone over the entire length or in zones.
  • the channel width of the monoliths is advantageously between 2 to 100 mm, preferably 5 to 50 mm.
  • the production zone, the heating zone and the heat recovery zone can advantageously be arranged vertically in a line (FIG. 2). dimensioning
  • the reactor according to the invention can be designed, for example, as a shaft reactor.
  • Each shaft advantageously has a length of 0.5m to 50m, preferably from 1m to 20m, more preferably from 2m to 20m.
  • the flow cross section of the shafts is advantageously between 0.0005m 2 and 100m 2 , preferably between 0.005m 2 and 50m 2 .
  • the production bed advantageously occupies more than 50%, preferably more than 70% of the total height of the shaft in the production zone.
  • the regenerator bed occupies more than 50%, preferably more than 70%, of the total height of the well in the heat recovery zone.
  • the shaft reactor is advantageously lined fireproof and thermally insulated.
  • the table shows the performance characteristics of different process variants for the case of methane pyrolysis. This leads to specific advantages and disadvantages.
  • the reactor according to the invention can advantageously be operated in a two-step operation with hot gas feed (FIG. 3b):
  • Regenerator bed storage release refers to the number of steps in the production phase within a cycle, with the steps of dumping, holding, and filling and draining solids not being taken into account
  • production advantageously takes place in the production bed while in parallel in the heating zone
  • heating takes place advantageously in the production bed, while the release takes place in the regenerator bed.
  • the reactor according to the invention can advantageously be operated in three-step operation with heat generation in the heating zone (FIG. 4b and FIG. 5b):
  • three-step operation refers to the number of steps in the production zone within a cycle, with the steps of dumping, holding and filling and dumping solids not taken into account.
  • production advantageously takes place in the production bed, while storage takes place in the regenerator bed.
  • the rinsing takes place advantageously in the production bed, while in the heating zone a heat input takes place and storage takes place in the regenerator bed.
  • the heating advantageously takes place in the production bed, while the release takes place in the regenerator bed.
  • the product stream can be recovered at high concentration / purity without dilution by gas from the rinse step. o Elaborate process control: three steps per cycle.
  • heaters can be installed advantageously.
  • These devices may be, for example, gas-fired radiant tubes, electric heaters and / or electrodes that conduct electrical current through the solid packing.
  • heating surfaces can advantageously be installed in the regenerator bed.
  • multiple side feeds can be installed along the heat recovery zone. This variant is shown in FIG.
  • the number of page feeds is advantageously determined according to the following rule:
  • n inj l + int ⁇ ⁇ AT aa, wherein
  • Duration of the relevant time interval (as a rule, duration of the storage step within the cycle).
  • the positions of the side feeds are advantageously determined according to the following rules: (i) the distance of the first side feed from the upper end of the heat return zone corresponds favorably to the thermal front migration interval during the storage step, (ii) the distance between successive side feeds advantageously corresponds to the migration interval of thermal front during the storage step.
  • This variant of the reactor according to the invention can advantageously be operated in two-step operation with heat generation in the heating zone (FIG. 6b):
  • Embedding of one or more heating zones in the regenerator bed is constructive and material technically complex.
  • the reactor according to the invention can also be equipped with two production beds (FIG. 7).
  • the production beds are advantageously connected to the top of the regenerator bed.
  • each of the two production beds can be switched separately to a supply or discharge in the periphery of the process.
  • the streams from the two production beds are advantageously combined at the entrance to the heating zone.
  • the gas temperature at the inlet to the heating zone is advantageously between the onset temperature of the endothermic reaction and the required preheating temperature.
  • the reactor according to the invention can advantageously be operated in four-step operation with heat generation in the heating zone (FIG. 7b):
  • four-step operation refers to the number of steps in the production zone within one cycle, excluding the ejection steps.
  • production advantageously takes place in the first production bed, while rinsing takes place in the second production bed.
  • the heat input takes place in the heating zone and storage in the regenerator bed.
  • the holding takes place advantageously in the first production bed, while the heating takes place in the second production bed.
  • the release takes place in the regenerator bed.
  • rinsing advantageously takes place in the first production bed, while production takes place in the second production bed.
  • the heat input takes place in the heating zone and storage in the regenerator bed.
  • the heating takes place advantageously in the first production bed, while holding takes place in the second production bed.
  • the release takes place in the regenerator bed.
  • the cyclical driving requires a discontinuous production.
  • two or more reactors according to the invention can be connected in parallel.
  • the production step is carried out in at least one reactor.
  • Regenerator bed release storage the steps of pouring, holding and filling solids and discharging are not taken into account.
  • production advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while in the heating zone of the first reactor the heat input takes place and in the regenerator bed of the first reactor storage takes place.
  • the heating takes place advantageously in the production bed, while the heat release takes place in the regenerator bed of the second reactor.
  • the heating advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while the release takes place in the regenerator bed of the first reactor.
  • production advantageously takes place in the production bed, while in the heating zone of the second reactor the heat input takes place and in the regenerator bed of the second reactor the release takes place.
  • production advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while storage takes place in the regenerator bed of the first reactor.
  • rinsing takes place in the second reactor, advantageously in the production bed, while the heat input takes place in the heating zone and storage takes place in the regenerator bed of the second reactor.
  • production advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while storage takes place in the regenerator bed of the first reactor.
  • heating takes place in the second reactor, advantageously in the production bed, while the release takes place in the regenerator bed of the second reactor.
  • rinsing advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while in the heating zone the heat input takes place and in the regenerator bed of the first reactor. actors storage takes place.
  • production advantageously takes place in the production bed, while storage takes place in the regenerator bed of the second reactor.
  • the heating takes place advantageously in the production bed of the first reactor, while the release takes place in the regenerator bed of the first reactor.
  • production advantageously takes place in the production bed, while storage takes place in the regenerator bed of the second reactor.
  • production advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while storage takes place in the regenerator bed of the first reactor.
  • the rinsing takes place in the second reactor advantageously in the production bed, while in the heating zone, the heat input takes place and storage takes place in the regenerator bed of the second reactor.
  • heating takes place in the third reactor, advantageously in the production bed, while the release takes place in the regenerator bed of the third reactor.
  • the rinsing advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while the heat input takes place in the heating zone and the storage takes place in the regenerator bed of the first reactor.
  • the heating advantageously takes place in the production bed, while the release takes place in the regenerator bed of the second reactor.
  • production takes place advantageously in the production bed, while storage takes place in the regenerator bed of the third reactor.
  • the heating takes place advantageously in the production bed of the first reactor, while the release takes place in the regenerator bed of the first reactor.
  • production takes place in the production bed, while in the regeneration Rator bed of the second reactor storage takes place.
  • the rinsing takes place advantageously in the production bed, while in the heating zone the heat input takes place and storage takes place in the regenerator bed of the third reactor.
  • the production and in the second production bed of the first reactor rinsing takes place while in the heating zone of the first reactor, the heat input takes place and storage takes place in the regenerator bed of the first reactor.
  • the heating takes place and in the second production bed of the second reactor of the holding step, while in the regenerator bed of the second reactor, the release takes place.
  • the heating step takes place in the first production bed of the first reactor and the heating in the second production bed of the first reactor, while the release takes place in the regenerator bed of the first reactor.
  • the production advantageously takes place in the first production bed and the rinsing takes place in the second production bed of the second reactor, while storage takes place in the heating zone of the second reactor and in the regenerator bed of the second reactor.
  • the production takes place while in the heating zone of the first reactor, the heat input takes place and the storage takes place in the regenerator bed of the first reactor.
  • the second reactor advantageously takes place in the first Production bed of the holding step and in the second production bed of the second reactor, the heating takes place while in the regenerator bed of the second reactor, the release takes place.
  • the fourth step advantageously in the first production bed of the first reactor, the heating takes place and in the second production bed of the first reactor of the holding step, while in the re-generator bed of the first reactor, the release takes place.
  • the rinsing takes place advantageously in the first production bed and the production in the second production bed of the second reactor, while in the heating zone of the second reactor the heat input takes place and storage takes place in the regenerator bed of the second reactor.
  • the present invention solves the following feasibility problems of previously considered methane pyrolysis reactor concepts, i. (i) fouling the heating surfaces by indirect heating coke deposits; (ii) forcibly coupling the solid particle flow to the requirements of heat integration and / or thermal power; (iii) heat loss due to unequal adjustment of the heat capacity flows between the production phase and the regeneration phase and consequently asynchronous temperature fronts (v ) Loss of yield due to the reverse reaction of hydrogen during cooling in the heat recovery zone, (vi) handling of hot solids and (vii) contamination by combustion fumes.
  • the present invention mitigates the largest cost drivers (see the following estimate) of the concepts considered in the prior art by (i) eliminating the need for heat transfer walls in the region of the production zone, (ii) the solids sluices for feeding the solid particle stream into the reactor can be designed without pressure and (iii) the process offers complete heat integration.
  • the required process heat is generated in the present invention by combustion in the heating zone of the reactor.
  • the elaborate heat transfer surfaces for indirect coupling of the process heat at high temperature omitted.
  • the flow of solids passing through the reactor is no longer rigidly coupled to the requirements of heat integration.
  • the solids flow may just correspond to the production rate of the solid product, so that the hold-up of the production zone remains constant.
  • the gaseous product stream is separated from the carbon at the highest temperature level, thus yield losses due to a reverse reaction are excluded.
  • the reactor can be designed as a shaft apparatus (with one, two or three shafts) without any structuring of the cross section.
  • the simple geometry allows the reactor chamber to be refractory lined and thermally insulated.
  • the pressure-bearing reactor shell can be effectively protected from the high temperatures of the reaction media.
  • the regenerator bed functions as a regenerable filter for dust particles. This can be dispensed with an external filtration stage.
  • the loading and unloading of the reactor can be carried out on a non-flow-through bed.
  • the cyclic process can be operated in pressure swing mode: high pressure production and low pressure regeneration.
  • the pressure balance in the solids locks can be omitted.
  • Phase separator / dedusting Figure 1 shows a schematic representation of the reactor according to the invention with a production and a regenerator bed in a parallel arrangement.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the reactor according to the invention with a production bed and a regenerator bed in a vertical arrangement.
  • Figure 3a shows a schematic representation of the method according to the invention with two identical reactors, each with a production bed, a heating zone and a regenerator, wherein the heat input is accomplished by combustion of a fuel in an external combustion chamber.
  • FIG. 3b shows the flow chart in the process according to the invention over a cycle with two main steps in the production bed.
  • FIG. 3c shows the flow chart of a quasi-continuous production in the process according to the invention in a configuration with two identical reactors. Designations of FIG. 4:
  • FIG. 4a shows a schematic representation of the method according to the invention with two identical reactors, each with a production bed, a heating zone and a regenerator bed, wherein the heat input is accomplished by side feeding of an oxidizer into the heating zone.
  • FIG. 4b shows the flow chart in the process according to the invention over a cycle with three main steps in the production bed.
  • FIG. 4c shows the flow chart of a quasi-continuous production in the process according to the invention in a configuration with two identical reactors.
  • FIG. 5a shows a schematic representation of the method according to the invention with three identical reactors, each with a production bed, a heating zone and a regenerator bed, the heat input being brought about by lateral feeding of an oxidizer into the heating zone.
  • FIG. 5b shows the flow chart in the invention over a cycle with three main steps in the production bed.
  • FIG. 5c shows the flow chart of a quasi-continuous production in the process according to the invention in a configuration with three identical reactors.
  • Figure 6a shows a schematic representation of the inventive method with two identical reactors, each with a production bed, a heating zone and a Regenerator- bed, wherein the heating zone integrated in the heat recovery zone and the heat input by combustion of a fuel in an external combustion chamber or by side feed of an oxidizer can be accomplished in the heating zone.
  • FIG. 6b shows the flow chart in the process according to the invention over a cycle with two main steps in the production bed.
  • FIG. 6c shows the flow chart of a quasi-continuous production in the process according to the invention in a configuration with two identical reactors.
  • FIG. 7a shows a schematic representation of the method according to the invention with two identical reactors, each with two production beds, a heating zone and a regenerator bed, wherein the heat input is accomplished by side feeding of an oxidizer into the heating zone.
  • two identical reactors are required for continuous production.
  • FIG. 7b shows the flow chart in the process according to the invention over a cycle with three main steps in the production beds.
  • FIG. 7c shows the flow chart of a quasi-continuous production in the process according to the invention in a configuration with two identical reactors.
  • FIG. 8 shows, by way of example, the process flow diagram of an integrated, quasi-continuous process according to the invention.
  • natural gas strand 3
  • air strand 1
  • the natural gas is the starting material for the production of the target products hydrogen and pyrolysis carbon.
  • the air is split into two partial streams.
  • a partial flow (strand 4) is rich in oxygen and is passed as an oxidizer in the heating zone.
  • the second partial flow is nitrogen rich and is used as the main flow during the regeneration phase (strand 7) and as purge gas for the buffer, receiver and discharge (strand 9, strand 1 1) for the solid process streams.
  • the process includes three reactors that are cycled. Only the active lines are shown.
  • the production bed is in the production step, the heating zone is idle and the regenerator bed is in the step «store heat».
  • the buffer tank for the solid support B1 1 is filled.
  • the discharge container B13 is relaxed.
  • the production bed is located in the step “Rinsing", the heating zone in the step "Heat input” and the regenerator bed in the step "Heat storage”.
  • the buffer tank B21 is pressurized with nitrogen to the level of the process pressure, and the solid support is transferred from the buffer tank B21 to the receiver tank B22.
  • the discharge container B23 is emptied.
  • the production bed is in the «Heating up» step, the heating zone is idling and the regenerator bed is in the
  • the buffer tank B31 is relaxed.
  • the solid support is filled from the feed tank B32 into the production zone of the reactor R3.
  • the solid reaction product from the production zone of the reactor R3 is transferred to the discharge tank B33.
  • the following process steps are included in the periphery of the reactors:
  • In the air separation stage the supply air is separated into an oxygen-rich and a nitrogen-rich fraction.
  • In the gas separation stage the gaseous crude product is separated into a hydrogen-rich product stream and into a retentate stream.
  • the retentate is returned to the process as the main stream for the purge step.
  • the gas from the rinsing step is partially dried in a condenser and returned to the process.
  • the nitrogen-rich stream is at the level of the process pressure (strand 1 1 and strand 12) and available as purge gas for pressure equalization with the environment (strand 9 and strand 10).
  • the process is designed for an annual production capacity of 720000 Nm 3 of hydrogen.
  • the production bed and the regenerator bed have a cross-section of 44m 2 and a bed height of 6m.
  • the production bed is filled with a carbon carrier with a mean grain size of 3 mm and a bulk density of 800 kg / m 3 .
  • the regenerator bed consists of particles of alumina with a mean grain size of 3mm.
  • the process pressure of the feed streams is 10 bar a bs-
  • the feed temperature of the feed streams is 200 ° C.
  • the preheating temperature is 1800 ° C.
  • the cycle time is 5400s. Within one cycle, the production step, the rinsing step and the heating step each take 1800s.
  • the current bar shows in tabular form the averaged over the duration of a step current

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Abstract

The invention relates to a method for carrying out endothermic gas phase-solid or gas-solid reactions, in which in a production phase in a first reactor zone, the production zone, which is at least partially filled with solid particles, the solid particles being in the form of a fixed bed, a moving bed and in sections/or in the form of a fluidised bed, the endothermic reaction is carried out and the product-containing gas flow is removed from the production zone in the region of the highest temperature level plus or minus 200 K, and the product-containing gas flow is guided through a second reactor zone, the heat return zone, which at least partially contains a fixed bed, the heat of the product-containing gas flow being stored in the fixed bed. In the following purging step, a purge gas is guided in the same flow direction through the production zone and the heat return zone, and in a heating zone, which is arranged between the production zone and the heat return zone, the heat required for the endothermic reaction is introduced into the product-containing gas flow and into the purge flow or into the purge flow. Then, in a regeneration phase, a gas flows through the two reactor zones in the reverse flow direction and heats the production zone. The invention also relates to a structured reactor comprising three zones: a production zone containing solid particles, a heating zone and a heat-return zone containing a fixed bed, the solid particles and the fixed bed consisting of different materials.

Description

FESTSTOFF-REAKTIONEN  SOLID REACTIONS
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung endothermer Gasphasen- o- der Gas-Feststoff-Reaktionen, wobei in einer Produktionsphase in einer ersten Reaktorzone, der Produktionszone, die zumindest teilweise mit Feststoff Partikeln gefüllt ist, wobei die Feststoffpartikel in Form eines Festbetts, eines Wanderbetts und abschnittsweise / oder in Form eines Wirbelbetts vorliegen, die endotherme Reaktion durchgeführt wird und der produkthaltige Gasstrom in dem Bereich des höchsten Temperaturniveaus plus bzw. minus 200 K aus der Produktionszone abgezogen wird und der produkthaltige Gasstrom durch eine zweiten Reaktorzone, der Wärmerückführungszone, die zumindest teilweise ein Festbett enthält, geleitet wird, wobei die Wärme des produkthaltigen Gasstroms im Festbett gespeichert wird, und im anschließenden Spülschritt ein Spülgas in gleicher Strömungsrichtung durch die Produktionszone und die Wärmerückführungszone geleitet wird, und in einer Heizzone, die zwischen der Produktionszone und der Wärmerückführungszone angeordnet ist, die für die endotherme Reaktion benötigte Wärme in den produkthaltigen Gasstrom und in den Spülstrom oder in den Spülstrom eingetragen wird, und anschließend in einer Regenerationsphase ein Gas in umgekehrter Strömungsrichtung durch die zwei Reaktorzonen strömt und die Produktionszone aufheizt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen strukturierten Reaktor und seine Verwendung. The present invention relates to a method for carrying out endothermic gas-phase or gas-solid reactions, wherein in a production phase in a first reactor zone, the production zone which is at least partially filled with solid particles, wherein the solid particles in the form of a fixed bed, a moving bed and in sections / or in the form of a fluidized bed, the endothermic reaction is carried out and the product-containing gas stream in the range of the highest temperature level plus or minus 200 K is withdrawn from the production zone and the product-containing gas stream through a second reactor zone, the heat recovery zone, which at least partially contains a fixed bed is passed, wherein the heat of the product-containing gas stream is stored in a fixed bed, and in the subsequent rinsing step, a purge gas is passed in the same flow direction through the production zone and the heat recovery zone, and in a He izzone, which is arranged between the production zone and the heat recirculation zone, the heat required for the endothermic reaction is introduced into the product-containing gas stream and into the purge stream or into the purge stream, and then in a regeneration phase, a gas flows in the reverse flow direction through the two reactor zones and the production zone heats up. Furthermore, the present invention relates to a structured reactor and its use.
Endotherme Reaktionen stehen häufig am Anfang der Wertschöpfungskette der chemischen Industrie, beispielsweise bei der Spaltung von Erdölfraktionen, der Reformierung von Erdgas oder Naphtha, der Dehydrierung von Propan, der Dehydroaromatisierung von Methan zu Ben- zol, der reversen Boudouard-Reaktion, der Kohlevergasung oder der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen. Bei diesen Reaktionen sind Temperaturen zwischen 500 °C und 1700 °C erforderlich, um technisch und wirtschaftlich interessante Ausbeuten zu erreichen. Der Grund hierfür liegt hauptsächlich in der thermodynamischen Limitierung des Gleichgewichtsumsatzes. Die Bereitstellung der erforderlichen Reaktionswärme auf diesem Temperaturniveau stellt eine große technische Herausforderung dar. Endothermic reactions are often at the beginning of the value chain of the chemical industry, for example in the separation of petroleum fractions, the reforming of natural gas or naphtha, the dehydrogenation of propane, the dehydroaromatization of methane to benzene, the reverse Boudouard reaction, coal gasification or the Pyrolysis of hydrocarbons. In these reactions, temperatures between 500 ° C and 1700 ° C are required to achieve technically and economically interesting yields. The reason for this lies mainly in the thermodynamic limitation of the equilibrium conversion. The provision of the required heat of reaction at this temperature level poses a major technical challenge.
Nach dem Stand der Technik werden Fließbettreaktoren zur wärmeintegrierten Führung endothermer Prozesse eingesetzt (Levenspiel, O. (1988). Chemical engineering's grand adven- ture. Chemical Engineering Science, 43(7), 1427-1435). Für die Wärmeversorgung der en- dothermen Reaktion werden im Wesentlichen vier Konzepte angewandt. Fluidized bed reactors have been used in the prior art for the heat integrated guidance of endothermic processes (Levenspiel, O. (1988) Chemical Engineering's Grand Ad- perture, Chemical Engineering Science, 43 (7), 1427-1435). For the heat supply of the endothermic reaction, essentially four concepts are used.
Im Stand der Technik (vgl. Fluidization Engineering, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, 1991 ; Daizo Kunii, Octave Levenspiel) wurde vorgeschlagen, den Wärmeeintrag über zirkulierende Partikelströme, bspw. Katalysatorpartikel, vorzunehmen. Bei dieser Technik durchlaufen die Ka- talysatorpartikel abwechselnd einen Produktions- und einen Regenerationszyklus in einer zirkulierenden Wirbelschicht. Dadurch fungieren die Partikel nicht nur als Katalysator, sondern gleichzeitig als Wärmeträger zur Wärmeversorgung der endothermen Reaktion. In der Reaktionskammer werden die Katalysatorpartikel durch die Endothermie der Reaktion abgekühlt und stetig mit z.B. kohlenstoffhaltigen Ablagerungen beladen. Zur Aufheizung und zur Entfernung der kohlenstoffhaltigen Schicht werden sie in der Wärmerückführungszone mit einem heißen Regenerationsgas behandelt. Voraussetzung für diese Technik sind jedoch gegen Sauerstoff und mechanische Einflüsse beständige Partikel. It has been proposed in the prior art (see Fluidization Engineering, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, 1991, Daizo Kunii, Octave Levenspiel) to carry out the heat input via circulating particle streams, for example catalyst particles. In this technique, the catalyst particles alternately undergo a production and a regeneration cycle in a circulating fluidized bed. As a result, the particles not only act as a catalyst, but at the same time as a heat carrier to heat the endothermic reaction. In the reaction chamber, the catalyst particles are cooled by the endotherm of the reaction and loaded continuously with eg carbonaceous deposits. To heat and remove the carbonaceous layer, they are treated in the heat recovery zone with a hot regeneration gas. Prerequisite for this technique are, however, resistant to oxygen and mechanical influences resistant particles.
US 2002/0007594 offenbart ein Verfahren zur parallelen Herstellung von Wasserstoff und kohlenstoffhaltigen Produkten, bei dem Erdgas in einen Reaktionsraum eingeleitet und in Gegen- wart eines kohlenstoffreichen Feststoffes thermisch zersetzt wird. US 2002/0007594 offenbart, dass in einem vom Reaktionsraum der thermischen Zersetzung separaten Reaktor der kohlenstoffhaltige Feststoff aufgeheizt wird. Die Aufheizung erfolgt durch die bei einer Verbrennung von Kohlenwasserstoffen oder Wasserstoff entstehenden Verbrennungsgase. Anschließend wird der aufgeheizte Feststoff in den Reaktionsraum eingebracht. US 2002/0007594 discloses a process for the parallel production of hydrogen and carbonaceous products in which natural gas is introduced into a reaction space and thermally decomposed in the presence of a carbon-rich solid. US 2002/0007594 discloses that in a reactor separate from the reaction space of the thermal decomposition, the carbonaceous solid is heated. The heating takes place by the resulting combustion of hydrocarbons or hydrogen combustion gases. Subsequently, the heated solid is introduced into the reaction space.
Der Nachteil an der Verwendung eines Feststoffes als Wärmeträger ist, dass der Feststoff über das Temperaturniveau der Reaktion in einer separaten Brennkammer erhitzt und zwischen der Brennkammer und der Reaktionskammer zirkuliert werden muss. Die Handhabung des heißen Feststoffs führt zu einer extremen thermischen und mechanischen Belastung des Reaktors und der Regeleinrichtungen. Ferner ist der Feststoffpartikelstrom an den Wärmebedarf der Reaktion gekoppelt und eine gleichmäßige Verteilung der Massenströme über dem Querschnitt eine notwendige Bedingung, um die optimale Wärmeintegration zu erreichen. Folglich kann das Verhältnis zwischen dem Gasstrom und dem Feststoffstrom nur innerhalb eines engen Bereichs eingestellt werden. Darüber hinaus durchläuft der Produktstrom der Pyrolyse einen Bereich abfallen- der Temperatur in dem die Rückreaktion stattfinden kann. Somit kann in diesem Bereich des Reaktors die Rückreaktion zur Zielreaktion ablaufen und die Ausbeute der gasförmigen Zielprodukte schmälern. Beispielsweise kann der Ausbeuteverlust im Fall der Methanpyrolyse bis 5%, im Fall der Dampfreformierung von Methan bis 50% betragen. Im Stand der Technik (z.B. US 6,331 ,283) werden ferner autotherme Verfahren beschrieben, in denen die für die endotherme Reaktion benötigte Wärme über eine exotherme Begleitreaktion im selben Reaktionsraum erzeugt wird. Der Nachteil dieser autothermen Verfahren ist die Kontamination des gasförmigen Produktstroms durch die Rauchgase, z.B. im Fall der Kohlenwasserstoffpyrolyse ein Einschleppen C-haltiger Komponenten in den wasserstoffreichen Produkt- ström. Ferner sind nachteilig die Einbußen in der Produktausbeute, im Fall der Kohlenwasserstoffpyrolyse weitgehender Verlust des Pyrolysekohlenstoffs. Ferner kann eine Aufheizung des Brenngases für die exotherme Begleitreaktion nachteilig für die Wärmeintegration sein. The disadvantage of using a solid as a heat transfer medium is that the solid must be heated above the temperature level of the reaction in a separate combustion chamber and circulated between the combustion chamber and the reaction chamber. The handling of the hot solid leads to extreme thermal and mechanical stress on the reactor and the control devices. Furthermore, the solid particle flow is coupled to the heat demand of the reaction and a uniform distribution of the mass flows over the cross section is a necessary condition for achieving the optimal heat integration. Consequently, the ratio between the gas flow and the flow of solids can be adjusted only within a narrow range. In addition, the pyrolysis product stream goes through a region of decreasing temperature where the backreaction can take place. Thus, in this region of the reactor, the back-reaction to the target reaction can take place and reduce the yield of the gaseous target products. For example, in the case of methane pyrolysis, the yield loss may be up to 5%, in the case of steam reforming of methane, up to 50%. The prior art (e.g., U.S. 6,331,283) further discloses autothermal processes in which the heat required for the endothermic reaction is generated via an exothermic co-reaction in the same reaction space. The disadvantage of these autothermal processes is the contamination of the gaseous product stream by the flue gases, e.g. in the case of hydrocarbon pyrolysis, entrainment of C-containing components into the hydrogen-rich product stream. Furthermore, the losses in the product yield are disadvantageous, in the case of hydrocarbon pyrolysis, substantial loss of the pyrolysis carbon. Further, heating the fuel gas for the exothermic accompanying reaction may be detrimental to heat integration.
US 4,240,805 beschreibt einen zyklischen Stream-Reforming-Prozess zur Wasserstoffherstel- lung in einem Festbettreaktor. In der Produktionsphase wird das Eduktgas in der mit Feststoffpartikeln gefüllten Zone 1 des Reaktors aufgeheizt und in der Zone 2 des Reaktors, die mit Katalysator gefüllt ist, umgesetzt. Der Produktstrom verlässt bei hohen Temperaturen die Zone 2 und kühlt sich in Zone 3 ab, die mit Inertmaterial gefüllt ist. In der Regenerationsphase strömen Wasserstoff und Sauerstoff entgegengesetzt zum Produktstrom separat voneinander durch die Zone 3 und erwärmen sich. In der Zone 2 werden Wasserstoff und Sauerstoff zusammengeführt, so dass die Verbrennungsreaktion die Zonen 2 und 1 erwärmt und die Produktionsphase erneut beginnen kann. US 4,240,805 describes a cyclic stream reforming process for hydrogen production in a fixed bed reactor. In the production phase, the educt gas is heated in the reactor zone filled with solid particles 1 and reacted in the zone 2 of the reactor, which is filled with catalyst. The product stream leaves zone 2 at high temperatures and cools in Zone 3, which is filled with inert material. In the regeneration phase, hydrogen and oxygen flow opposite to the product stream separately from each other through the zone 3 and heat up. In zone 2, hydrogen and oxygen are combined so that the combustion reaction heats zones 2 and 1 and the production phase can begin again.
US 2003/0235529 beschreibt die Herstellung von Synthesegas in einem zyklisch betriebenen 2- Zonen-Festbett-Reaktor. Die erste Zone des Reaktors ist mit Katalysatoren und die zweite Zone mit Intermaterial gefüllt. In der Produktionsphase findet die Reaktion in der ersten Zone statt und der heiße Produktstrom kühlt sich in der zweiten Zone ab. In der Regenerationsphase strömt in umgekehrter Strömungsrichtung Sauerstoff und Brennstoff durch den Reaktor, die am Übergang von Zone 2 zu Zone 1 verbrennen und die Wärme für die nächste Produktionsphase liefern. In der Figur 2 der US2003/0235529 wird deutlich, dass beim Reforming (Reform, 149) die Reaktionsfront (rechte Flanke) deutlich schneller wandert als die reine Temperaturfront (linke Flanke). Nachteilig an der offenbarten Fahrweise bei diesen nicht-synchronen Temperaturfronten ist, dass zur Einstellung des Ausgangsprofils für den nächsten Zyklus zwangsweise Energie aus dem Reaktor ausgetragen wird, was einen erhöhten Energieverbrauch zur Folge hat. Wie Beispiel 1 verdeutlicht, wurde von der optimalen Einstellung der Wärmekapazitätsströme zwischen der Produktionsphase und der Regenerationsphase von 1 :1 um den Faktor 4 abgewichen, um einen akzeptablen Umsatz der Reformierung erreichen zu können. Laut Beispiel 1 werden 82,35% und laut Beispiel 2 74,64% der freigesetzten Wärme für die Reformierung genutzt. US 2003/0235529 describes the production of synthesis gas in a cyclically operated 2-zone fixed-bed reactor. The first zone of the reactor is filled with catalysts and the second zone is filled with intermaterial. In the production phase, the reaction takes place in the first zone and the hot product stream cools down in the second zone. In the regeneration phase, oxygen and fuel flow through the reactor in the reverse flow direction, which burn at the transition from zone 2 to zone 1 and supply the heat for the next production phase. It is clear in FIG. 2 of US2003 / 0235529 that during reforming (reform, 149) the reaction front (right flank) moves much faster than the pure temperature front (left flank). A disadvantage of the disclosed mode of operation in these non-synchronous temperature fronts is that force is forcibly discharged from the reactor to set the output profile for the next cycle, resulting in increased energy consumption. As illustrated in example 1, the optimum adjustment of the heat capacity flow between the production phase and the regeneration phase of 1: 1 deviated by a factor of 4 in order to achieve an acceptable turnover of the reforming. According to example 1, 82.35% and according to example 2 74.64% of the heat released are used for the reforming.
US 2007/0003478 beschreibt die zyklische Herstellung von Synthesegas in einem 3-Zonen Festbett-Reaktor. Die Zonen 1 und 3 sind mit Inertmaterial und die Zone 2 mit Katalysator gefüllt. In der Produktionsphase 1 erwärmt sich das Eduktgas in Zone 1. Vor der Zone 2 wird Sauerstoff zugeführt, so dass ausreichend Wärme in der Zone 2 für die endotherme Synthesegas- Reaktion zur Verfügung steht. Anschließend kühlt sich der Produktstrom in Zone 3 ab. In der Produktionsphase 2 wird in umgekehrter Strömungsrichtung Eduktgas in der Zone 3 aufgeheizt und Sauerstoff vor der Zone 2 zugeführt. In US 2007/0003478 wird somit keine Regenerationsphase beschrieben. Die Reaktionsstrecke und die Fahrweise sind symmetrisch. US 2007/0003478 describes the cyclic production of synthesis gas in a 3-zone fixed bed reactor. Zones 1 and 3 are filled with inert material and zone 2 with catalyst. In production phase 1, the reactant gas is heated in zone 1. Before zone 2, oxygen is supplied, so that sufficient heat is available in zone 2 for the endothermic synthesis gas reaction. Subsequently, the product stream cools down in zone 3. In the production phase 2, educt gas in the zone 3 is heated in the reverse flow direction and oxygen is supplied before the zone 2. In US 2007/0003478 thus no regeneration phase is described. The reaction route and the driving style are symmetrical.
Das dritte Konzept beruht darauf, dass die Wärme indirekt, beispielsweise rekuperativ (z.B. EP 15 16 8206) oder über Heat-pipes (z.B. US 4,372,377) von der exothermen zur endothermen Reaktionskammer übertragen wird. Nachteilig an diesem Konzept sind die aufwendige Einbauten im heißen Abschnitt der Reaktionskammer, die hohe werkstofftechnische und konstruktive Ansprüche an die Abdichtung und an die Vermeidung von Wärmespannungen stellen. Ferner stören diese Einbauten die Feststoffströmung. Ein weiteres Problem dieses Konzepts ist das Fouling der Wärmeübertragerflächen; z.B. erfolgt im Fall der Kohlenwasserstoffpyrolyse die Ab- Scheidung von pyrolytischem Kohlenstoff bevorzugt an heißen Flächen. Das vierte Konzept basiert auf der Verwendung gasförmiger Wärmeträger zur Einkopplung der Wärme für endotherme Zersetzungsreaktionen: The third concept is based on the fact that the heat is transferred indirectly, for example recuperatively (eg EP 15 16 8206) or via heat pipes (eg US 4,372,377), from the exothermic to the endothermic reaction chamber. A disadvantage of this concept are the complex installations in the hot section of the reaction chamber, the high material and constructive demands on the seal and to avoid thermal stresses. Furthermore, these internals interfere with the solids flow. Another problem with this concept is the fouling of the heat exchanger surfaces; For example, in the case of hydrocarbon pyrolysis, the separation of pyrolytic carbon preferably takes place on hot surfaces. The fourth concept is based on the use of gaseous heat transfer media for the coupling of heat for endothermic decomposition reactions:
WO 2013/004398 offenbart, dass die thermische Energie für die Wärmeträger außerhalb des Reaktionsraums erzeugt wird und die gasförmigen Wärmeträger zur Zersetzungsreaktion inert und/oder ein Produkt dieser Reaktion sind. Nachteilig ist, dass der Feststoffpartikelstrom an die Anforderungen der Wärmeintegration gekoppelt ist. Ferner durchläuft der Produktstrom der Zersetzungsreaktion einen Bereich abfallender Temperatur in dem die Rückreaktion stattfinden kann. WO 2013/004398 discloses that the thermal energy for the heat transfer medium is generated outside the reaction space and the gaseous heat transfer medium is inert to the decomposition reaction and / or is a product of this reaction. The disadvantage is that the solid particle flow is coupled to the requirements of heat integration. Further, the decomposition reaction product stream passes through a region of decreasing temperature in which the backreaction can take place.
US 2,319,679 offenbart ein Verfahren für die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen zu Acetylen in einem regenerativen Ofen, der eine strukturierte Packung aus Siliciumcarbidsteinen enthält. Die Aufgabe eines Regenerators ist es, als Wärmespeicher für heiße Abgase einer Feuerung zu wirken. Das geschieht dadurch, dass jeweils einer von zwei feuerfest ausgekleideten Kanälen durch heiße Abgase erhitzt wird, bis bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur auf den zweiten Kanal umgeschaltet wird. Der erhitzte Kanal erwärmt nun das Frischgas. Gleichzeitig wird der andere Kanal erneut durch Abgase erhitzt, bis wieder eine Umschaltung erfolgt. Der Prozess wird zyklisch geführt mit einer Zyklusdauer von 3 bis 5 Minuten. In der ersten Phase des Zyklus wird der regenerative Ofen durch die Abgase einer Brennkammer auf Temperaturen zwischen 1 100°C bis ca. 1600°C aufgeheizt. In der anschließenden Produktionsphase wird kaltes Prozessgas über die vorgeheizte Packung geleitet und pyrolytisch umgesetzt. Das Pyrolysegas wird unmittelbar nach dem Austritt aus dem Regenerator in ein Wasserbad eingeleitet und abgeschreckt, um eine Weiterreaktion des gebildeten Acetylens zu unterdrücken. Der Prozess zeichnet sich dadurch aus, dass die Armaturen zur Steuerung des Prozesses im Kalten ange- ordnet sind, wo sie zuverlässig in der geforderten Frequenz schalten können. Der Nachteil dieses Prozesses ist die fehlende Wärmeintegration im Prozessgas. US 2,319,679 discloses a process for the pyrolysis of hydrocarbons to acetylene in a regenerative furnace containing a structured packing of silicon carbide bricks. The task of a regenerator is to act as a heat storage for hot exhaust gases of a furnace. This is done by heating one of two refractory-lined channels by hot exhaust gases until it is switched to the second channel when a predetermined temperature is reached. The heated channel now heats the fresh gas. At the same time the other channel is heated again by exhaust gases until a switchover takes place again. The process is cycled with a cycle time of 3 to 5 minutes. In the first phase of the cycle, the regenerative furnace is heated by the exhaust gases of a combustion chamber to temperatures between 1 100 ° C to about 1600 ° C. In the subsequent production phase, cold process gas is passed over the preheated packing and reacted pyrolytically. The pyrolysis gas is introduced immediately after leaving the regenerator in a water bath and quenched to suppress further reaction of the acetylene formed. The process is characterized by the fact that the valves are arranged to control the process in the cold, where they can reliably switch in the required frequency. The disadvantage of this process is the lack of heat integration in the process gas.
US 2,557,143 offenbart ein Verfahren für die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen zu„Carbon Black" und Wasserstoff in einem regenerativen Ofen. Der regenerative Ofen besteht aus min- destens zwei separaten Apparaten, einem„Reaktor" und einem„Ofen". Beide Apparate sind gefüllt mit regellosen Packungen aus temperaturbeständigen Partikeln, z.B. keramischen Materialien oder aus Kohlenstoff. Das Prozessgas der Pyrolyse steht nur im Kontakt mit dem Reaktor. Ein zweiter Gasstrom, z.B. Wasserstoff oder ein zur Pyrolysereaktion inertes Gas, zirkuliert als Wärmeträger zwischen dem Reaktor und dem Ofen. Der Prozess wird zyklisch betrieben und umfasst vier Phasen: US 2,557,143 discloses a process for the pyrolysis of hydrocarbons to "carbon black" and hydrogen in a regenerative furnace The regenerative furnace consists of at least two separate apparatuses, a "reactor" and an "oven." Both apparatuses are filled with random ones Packages of temperature-resistant particles, eg ceramic materials or of carbon The pyrolysis process gas is only in contact with the reactor A second gas stream, eg hydrogen or a gas inert to the pyrolysis reaction, circulates as a heat transfer medium between the reactor and the furnace cyclically operated and comprises four phases:
Ein Kohlenwasserstoff strömt durch die vorgeheizte Packung im Reaktor und wird umgesetzt in Wasserstoff und thermischen Ruß (1 ); Ein Brennstoff wird verbrannt und die Verbrennungswärme wird in der Packung des Ofens gespeichert (2); Ein nicht oxidierendes Gas durchströmt die vorgeheizte Packung des Ofens (3); der überhitzte Wärmeträgerstrom heizt die Packung des Reaktors auf. Die Pyrolyse erzeugt Wasserstoff und thermischen Ruß („thermal black"). Während der Anfahrphase baut sich im Reaktor eine stationäre permanente Rußbeladung auf. Im eingeschwungenen Betriebszustand wird der produzierte Ruß mit dem Prozessgas ausgetragen. A hydrocarbon flows through the preheated packing in the reactor and is converted to hydrogen and thermal carbon black (1); A fuel is burned and the heat of combustion is stored in the pack of the furnace (2); A non-oxidizing gas flows through the preheated packing of the furnace (3); the superheated heat transfer stream heats up the packing of the reactor. The pyrolysis produces hydrogen and thermal black ("thermal black"). During the start-up phase, a stationary permanent soot charge builds up in the reactor. In steady-state operation, the produced soot is discharged with the process gas.
Die Nachteile an diesem Prozess sind: Es sind Absperrarmaturen im heißen Bereich der Prozessstrecke erforderlich und der Produktstrom der Pyrolyse durchläuft einen Bereich abfallen- der Temperatur in dem die Rückreaktion stattfinden kann.  The disadvantages of this process are: shut-off valves are required in the hot zone of the process line and the pyrolysis product stream passes through a region of falling temperature in which the reverse reaction can take place.
US 7,943,808 offenbart ein zyklisches Verfahren mit periodischer Strömungsumkehr zur Acety- lensynthese in einem zweizonigen Reaktor. Die erste und die zweite Zone des Reaktors sind unterschiedlich gestaltet. Der Querschnitt in der ersten Zone ist längs auf zwei Kanäle aufgeteilt. Der Querschnitt der zweiten Zone ist homogen. Dabei wird während des ersten Halbzyklus eine Verbrennungsreaktion zwischen der ersten und der zweiten Zone des Reaktors Wärme erzeugt und in der zweiten Zone des Reaktors gespeichert. Darauf folgend wird Methan in umgekehrter Strömungsrichtung durch den Reaktor geleitet. Dabei wird Methan in der vorgeheizten zweiten Reaktorzone zu Acetylen umgesetzt und in der ersten Reaktorzone schnell abgeschreckt. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Komplexität des Reaktors, bedingt durch die Strukturierung des Querschnitts in der ersten Reaktorzone. Dieses Reaktordesign erlaubt keine Feststoffzufuhr oder -abfuhr aus dem Reaktor. No. 7,943,808 discloses a cyclic process with periodic flow reversal for acetylene synthesis in a two-zone reactor. The first and second zones of the reactor are designed differently. The cross section in the first zone is split longitudinally into two channels. The cross section of the second zone is homogeneous. In this case, during the first half-cycle, a combustion reaction between the first and the second zone of the reactor heat is generated and stored in the second zone of the reactor. Subsequently, methane is passed through the reactor in the reverse flow direction. In this case, methane is reacted in the preheated second reactor zone to acetylene and rapidly quenched in the first reactor zone. A disadvantage of this method is the complexity of the reactor, due to the structuring of the cross section in the first reactor zone. This reactor design does not allow solids to be fed or removed from the reactor.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die genannten Nachteile im Stand der Technik zu überwinden, d.h. ein Verfahrenskonzept zur Durchführung endothermer Gasphasen- und endothermer Gas-Feststoff-Reaktionen aufzuzeigen, bei dem (i) keine Armaturen im heißen Bereich der Prozessstrecke benötigt werden, (ii) eine Betriebsweise mit integriertem Wärmerücktausch möglich ist, ohne dass der Feststoffpartikelstrom an die Anforderungen der Wärmeintegration und/oder des generellen Wärmebedarfs gekoppelt ist, (iii) eine Betriebsweise gewählt wird, die zur Einstellung eines Verhältnisses der Wärmekapazitätsströme zwischen der Produktionsphase und der Regenerationsphase von nahe 1 :1 führt und darüber synchrone Temperaturfronten ermöglicht, (iv) eine Rückreaktion der Gas-Feststoffreaktion im gasförmigen Produktstrom so weit wie möglich ausgeschlossen ist, um Rußbildung im Produktstrom und somit Reinigungsschritte zu vermeiden, (v) kein Handling von heißem Feststoff von Nöten ist, und/oder (vi) keine Kontamination durch autotherme Beheizung, eingesetzt wird. Im Fokus stehen die Aufgaben (ii) und (iii). The object of the present invention is to overcome the mentioned disadvantages in the prior art, i. to show a process concept for carrying out endothermic gas phase and endothermic gas-solid reactions in which (i) no valves in the hot region of the process section are required, (ii) a mode of operation with integrated heat exchange is possible without the solid particle flow to the requirements of Heat integration and / or the general heat demand is coupled, (iii) an operating mode is selected which leads to setting a ratio of the heat capacity flows between the production phase and the regeneration phase close to 1: 1 and enables synchronous temperature fronts via this, (iv) a back reaction of the gas -Feststoffreaktion in the gaseous product stream is excluded as much as possible to avoid soot formation in the product stream and thus cleaning steps, (v) no handling of hot solid is needed, and / or (vi) no contamination by autothermal heating, is used. The focus is on tasks (ii) and (iii).
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Durchführung endothermer Gasphasen- oder endothermer Gas-Feststoff-Reaktionen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einer Produktionsphase in einer ersten Reaktorzone, der Produktionszone, die zumindest teilweise mit Feststoffpartikeln gefüllt ist, wobei die Feststoffpartikel in Form eines Festbetts, eines Wanderbetts und abschnittsweise / oder in Form eines Wirbelbetts vorliegen, die endotherme Reaktion durchgeführt wird und der produkthaltige Gasstrom in dem Bereich des höchsten Temperaturni- veaus plus bzw. minus 200 K aus der Produktionszone abgezogen wird und der produkthaltige Gasstrom durch eine zweiten Reaktorzone, der Wärmerückführungszone, die zumindest teilweise ein Festbett enthält, geleitet wird, wobei die Wärme des produkthaltigen Gasstroms im Festbett gespeichert wird, und im anschließenden Spülschritt ein Spülgas in gleicher Strömungsrichtung durch die Produktionszone und die Wärmerückführungszone geleitet wird, und in einer Heizzone, die zwischen der Produktionszone und der Wärmerückführungszone angeordnet ist, die für die endotherme Reaktion benötigte Wärme in den produkthaltigen Gasstrom und in den Spülstrom oder in den Spülstrom eingetragen wird, und anschließend in einer Regenerationsphase ein Gas in umgekehrter Strömungsrichtung durch die zwei Reaktorzonen strömt und die Produktionszone aufheizt. The object is achieved by a method for carrying out endothermic gas-phase or endothermic gas-solid reactions, which is characterized in that in a production phase in a first reactor zone, the production zone which is at least partially filled with solid particles, wherein the solid particles in the form a fixed bed, a moving bed and sections / or in the form of a fluidized bed, the endothermic reaction is carried out and the product-containing gas stream in the range of the highest temperature level plus or minus 200 K is withdrawn from the production zone and the product-containing gas stream through a second Reactor zone, the heat recovery zone, which at least partially contains a fixed bed, is passed, wherein the heat of the product-containing gas stream in the Fixed bed is stored, and in the subsequent rinsing step, a purge gas is passed in the same flow direction through the production zone and the heat recovery zone, and in a heating zone, which is arranged between the production zone and the heat recovery zone, the heat required for the endothermic reaction in the product-containing gas stream and in the flushing stream or is introduced into the purge stream, and then in a regeneration phase, a gas flows in the reverse flow direction through the two reactor zones and heats the production zone.
Unter dem Begriff„höchstes Temperaturniveau" wird die bei der jeweiligen endothermen Reak- tion erreichte höchste Temperatur verstanden. Bevorzugt ist dieser Bereich im höchsten Temperaturniveaus plus bzw. minus 150 K, bevorzugt plus bzw. minus 100 K, insbesondere bzw. minus 50 K. The term "highest temperature level" is understood to mean the highest temperature reached in the respective endothermic reaction, preferably in the highest temperature level plus or minus 150 K, preferably plus or minus 100 K, in particular or minus 50 K.
Gelöst wird die Aufgabe insbesondere durch ein Verfahren zur Durchführung endothermer Re- aktionen, umfassend die Verfahrensschritte (a) Einleiten eines edukthaltigen Gases in eine vorgeheizte Produktionszone und Durchführen der endothermen Reaktion in der Produktionszone, die zumindest teilweise mit Feststoffpartikeln gefüllt ist (Prozessschritt: Produktion), (b) ggf. Wärmeeintrag zum produkthaltigen Gasstrom in einer Heizzone, die stromabwärts der Produktionszone angeordnet ist (Prozessschritt: Wärmeeintrag), (c) Wärmeübertragung vom produkt- haltigen Strom aus Schritt (b) auf ein Festbett beinhaltend insbesondere Materialien, die für die Zielreaktion inert sind und keine Produkte der Zielreaktion sind, in einer Wärmerückführungszone, die stromabwärts der Heizzone angeordnet ist (Prozessschritt: Wärmespeicherung), (d) Spülen der Produktionszone und der Wärmerückführungszone mit einem inerten Spülgas in Strömungsrichtung des edukthaltigen Gases (Prozessschritt Spülen), (e) Wärmeeintrag zum produkthaltigen Gasstrom in einer Heizzone, die stromabwärts der Produktionszone angeordnet ist (Prozessschritt: Wärmeeintrag), (f) Unterbrechen der Einleitung von edukthaltigem Gas und Einleiten eines Regenerationsgases in die Wärmerückführungszone mit im Vergleich zum edukthaltigen Gas entgegengesetzter Strömungsrichtung, (g) Wärmeübertragung von der im Schritt (c) erhitzten Feststoffpartikeln und/oder strukturierten Einbauten auf das Regenerations- gas (Prozessschritt: Wärmefreisetzung), (h) Wärmeübertragung von dem im Schritt (g) erhitzten Regenerationsgas auf die Feststoffpartikel in der Produktionszone (Prozessschritt: Aufheizung), (i) Unterbrechen der Einleitung von Regenerationsgas in die Wärmerückführungszone und Einleiten eines edukthaltigen Gases in eine vorgeheizte Produktionszone mit im Vergleich zum Regenerationsgas Strömungsrichtung analog Schritt (a). The object is achieved in particular by a method for carrying out endothermic reactions, comprising the method steps (a) introducing an educt-containing gas into a preheated production zone and carrying out the endothermic reaction in the production zone which is at least partially filled with solid particles (process step: production) , (b) optionally heat input to the product-containing gas stream in a heating zone located downstream of the production zone (process step: heat input), (c) heat transfer from the product-containing stream from step (b) to a fixed bed including in particular materials suitable for the Target reaction are inert and are not products of the target reaction, in a heat recovery zone, which is located downstream of the heating zone (process step: heat storage), (d) purging the production zone and the heat recovery zone with an inert purge gas in the flow direction of the edukthaltigen gas (process step Sp (e) heat input to the product-containing gas stream in a heating zone, which is arranged downstream of the production zone (process step: heat input), (f) interrupting the introduction of edukthaltigem gas and introducing a regeneration gas in the heat recovery zone with compared to edukthaltigen gas opposite flow direction , (g) heat transfer from the solid particles heated in step (c) and / or structured internals to the regeneration gas (process step: heat release), (h) heat transfer from the regeneration gas heated in step (g) to the solid particles in the production zone ( Process step: heating), (i) interrupting the introduction of regeneration gas into the heat recovery zone and introducing a educt-containing gas into a preheated production zone with compared to the regeneration gas flow direction analogous step (a).
Gelöst wird die Aufgabe ferner durch einen strukturierten Reaktor umfassend drei Zonen, eine Produktionszone beinhaltend eine Packung aus Feststoffpartikeln, eine Heizzone und eine Wärmerückführungszone beinhaltend ein Festbett, z.B. Packungen aus Feststoffpartikeln und/oder Formkörper aus strukturierten Regeneratoreinbauten wie z.B. Monolithe oder Platten (siehe „Regelmäßige Katalysatorform körper für technische Synthesen" von Eigenberger et al., VDI, Forschungsberichte, 1993, Reihe 14; Nr. 1 12), wobei die Packung aus Feststoffpartikeln und das Festbett aus unterschiedlichen Materialien bestehen und Feststoffpartikel während des Reaktorbetriebs einfüllbar und ausschleusbar sind. The object is further achieved by a structured reactor comprising three zones, a production zone comprising a packing of solid particles, a heating zone and a heat recovery zone containing a fixed bed, eg packings of solid particles and / or shaped bodies of structured regenerator internals such as monoliths or plates (see "Regular Catalyst form body for industrial syntheses "by Eigenberger et al., VDI, Research Reports, 1993, Series 14, No. 1 12), wherein the pack of solid particles and the fixed bed made of different materials and solid particles can be filled during the reactor operation and ausschleusbar.
Die Feststoff packung in der Produktionszone wird im Folgenden auch als„Produktionsbett" be- zeichnet. Vorteilhaft wird das Produktionsbett aus regellos angeordneten Partikeln gebildet. Diese Partikel können reaktiv, katalytisch aktiv oder inert sein. Das Festbett der Produktionszone ist vorteilhaft ein Katalysator für eine endotherme Gasphasenreaktion, ein Feststoffkontakt für eine endotherme Gas-Feststoff-Reaktion oder das Produkt einer endothermen Reaktion. Das Festbett in der Wärmerückführungszone wird im Folgenden auch als„Regeneratorbett" bezeichnet. Das Regeneratorbett kann vorteilhaft aus regellos angeordneten Partikeln und / oder einer strukturierten Packung fester Einbauten bestehen. Die Materialien des Regeneratorbettes können inert und sind vorteilhaft keine Produkte der Zielreaktion. Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der erfindungsgemäße Reaktor bei Gas- Feststoff-Reaktion eingesetzt. The solid packing in the production zone is also referred to below as the "production bed." The production bed is advantageously formed of randomly arranged particles which can be reactive, catalytically active or inert.The fixed bed of the production zone is advantageously a catalyst for an endothermic A gas phase reaction, a solid contact for an endothermic gas-solid reaction or the product of an endothermic reaction The fixed bed in the heat recovery zone is also referred to below as the "regenerator bed". The regenerator bed may advantageously consist of randomly arranged particles and / or a structured packing of fixed installations. The materials of the regenerator bed can be inert and are advantageously not products of the target reaction. The process according to the invention or the reactor according to the invention is advantageously used in a gas-solid reaction.
Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der erfindungsgemäße Reaktor bei der Pyrolyse, der Dampfspaltung (Steamcracking), der Dehydrierung, der Dehydroaromatisierung, der Reformierung, der Boudouard-Reaktion, der Alkan-Ammondehydrierung und/oder der Was- ser-Thermolyse eingesetzt. The process according to the invention or the reactor according to the invention is advantageously used in pyrolysis, steam cracking, dehydrogenation, dehydroaromatization, reforming, Boudouard reaction, alkane-amine dehydrogenation and / or water thermolysis.
Die C02-Emission liegt beim erfindungsgemäßen Verfahren für 100 kg Wasserstoff vorteilhaft bei weniger als 10 kg C02/kgH2, bevorzugt bei weniger als 8 kg C02/kgH2, insbesondere bei weniger als 6 kg C02/kgH2, insbesondere bei weniger als 4 kg C02/kgH2, insbesondere bei weniger als 2 kg C02/kgH2, ganz besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren C02-Emissions-frei. The CO 2 emission in the process according to the invention for 100 kg of hydrogen is advantageously less than 10 kg CO 2 / kgH 2, preferably less than 8 kg CO 2 / kgH 2, in particular less than 6 kg CO 2 / kgH 2, in particular less than 4 kg CO 2 / kgH 2, especially at less than 2 kg CO 2 / kgH 2, most preferably the inventive method is C02 emission-free.
Unter dem Begriff„Produktion" wird die Einleitung eines edukthaltigen Gases in die vorgeheizte Feststoffpackung in der Produktionszone und dessen Umsetzung verstanden. The term "production" is understood to mean the introduction of an educt-containing gas into the preheated solids packing in the production zone and its conversion.
Der Begriff„Wärmeeintrag" bedeutet die Einleitung eines sauerstoffreichen Gases in die Heizzone und die Verbrennung eines Brenngases, das entweder im Hauptstrom aus der Produktionszone während des Produktionsschritts oder während des Spülschritts enthalten ist. Dieses Brenngas wird durch die im Produktionsbett gespeicherte Wärme auf Temperaturen von 350°C bis 1200°C, bevorzugt von 400°C bis 1000°C, vorgeheizt. Alternativ kann das Brenngas mit einem Seitenstrom direkt in die Heizzone eingeleitet werden.  The term "heat input" means the introduction of an oxygen-rich gas into the heating zone and the combustion of a fuel gas contained either in the main stream from the production zone during the production step or during the purge step, this fuel gas being heated to temperatures of 350 by the heat stored in the production bed ° C to 1200 ° C, preferably from 400 ° C to 1000 ° C. Alternatively, the fuel gas can be introduced with a side stream directly into the heating zone.
Unter dem Begriff„Speicherung" wird die Durchströmung des Regeneratorbettes und die Übertragung der in dem Gasstrom enthaltenen sensiblen Wärme an das Regeneratorbett verstanden. Unter dem Begriff„Freisetzung" wird die Einleitung eines Regenerationsgases in das vorgeheizte Regeneratorbett in entgegengesetzter Richtung zu den Gasströmen während der Produktionsphase und die Aufnahme der im Regeneratorbett gespeicherten sensiblen Wärme verstanden. The term "storage" is understood as meaning the throughflow of the regenerator bed and the transfer of the sensible heat contained in the gas stream to the regenerator bed. The term "release" is understood to mean the introduction of a regeneration gas into the preheated regenerator bed in the opposite direction to the gas flows during the production phase and the absorption of the sensible heat stored in the regenerator bed.
Unter dem Begriff„Aufheizen" wird die Durchströmung des Produktionsbettes mit dem Regenerationsgase aus dem Regeneratorbett während der Freisetzung und die Übertragung der im Regenerationsgas enthaltenen sensiblen Wärme an die Packung des Produktionsbettes verstanden. The term "heating" is understood to mean the flow through the production bed with the regeneration gases from the regenerator bed during the release and the transfer of the sensible heat contained in the regeneration gas to the packing of the production bed.
Unter dem Begriff„Spülen" wird die Einleitung, in gleicher Richtung zu den Gasströmen wäh- rend der Produktionsphase, eines inerten, beispielsweise Stickstoff reichen, oder exotherm reagierenden, beispielsweise wasserstoffreichen Gases in das teilweise abgekühlte Produktionsbett verstanden.  The term "purging" is understood to mean the introduction, in the same direction to the gas streams during the production phase, of an inert, for example nitrogen-rich, or exothermically reacting, for example hydrogen-rich, gas in the partially cooled production bed.
Unter dem Begriff„Halten" wird die Unterbrechung der Durchströmung des Produktionsbettes und / oder des Regeneratorbettes verstanden.  The term "holding" is understood to mean the interruption of the flow through the production bed and / or the regenerator bed.
Unter dem Begriff„Leerlauf wird der Schritt in der Heizzone bezeichnet, während dessen das Produktgas oder das Regenerationsgas innerhalb der Heizzone keine Wärme aufnimmt. The term "idle" refers to the step in the heating zone during which the product gas or regeneration gas does not absorb heat within the heating zone.
Unter dem Begriff„Ausschub" wird der Austausch des Gasinhalts des gesamten Reaktors verstanden. Somit kann vorteilhaft eine Kontamination der Prozessgase in den einzelnen Schritten vermieden werden. The term "discharge" is understood to mean the exchange of the gas content of the entire reactor, thus advantageously avoiding contamination of the process gases in the individual steps.
Unter dem Begriff„Einfüllen" wird das Einleiten eines Feststoffstroms oben auf das Produktionsbett bezeichnet. Dieser Schritt kann simultan mit dem Entleeren eines Teils des Produktionsbettes aus dem unteren Ende der Produktionszone ablaufen. The term "filling" refers to the introduction of a stream of solids at the top of the production bed This step may occur simultaneously with the emptying of a portion of the production bed from the bottom of the production zone.
Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren zyklisch betrieben. Jeder Zyklus beinhaltend die Schritte a) bis g) beträgt vorteilhaft 2 Minuten bis 24 Stunden, bevorzugt 5 Minuten bis 12 Stunden, besonders bevorzugt 10 Minuten bis 10 Stunden, insbesondere 30 Minuten bis 5 Stunden. Advantageously, the process according to the invention is operated cyclically. Each cycle comprising steps a) to g) is advantageously 2 minutes to 24 hours, preferably 5 minutes to 12 hours, particularly preferably 10 minutes to 10 hours, in particular 30 minutes to 5 hours.
Ein Zyklus umfasst mindestens zwei Phasen, die Produktionsphase die Schritte (a) bis (c) bein- haltet, d.h. Produktion in der Produktionszone, zusätzlicher Wärmeeintrag in der Heizzone und Speicherung der Wärme in der Wärmerückführungszone, und die Regenerationsphase, die Schritte (d) bis (g) beinhaltet, d.h. Wärmefreisetzung aus der Wärmeübertragungszone und Aufheizung der Produktionszone. Ein Zyklus kann ferner vorteilhaft folgende weitere Schritte umfassen: Halten, Spülen, Abzug des festen Produktes und/oder Einfüllen von Feststoffpartikeln. Diese weiteren Schritte können in jedem Zyklus enthalten sein, aber auch über mehrere Zyklen hinweg fehlen. Ferner kann sich der Schritt des Abzugs über mehrere Zyklen erstrecken, ggf. kontinuierlich erfolgen. Die Häufigkeit des Abzugs des festen Produktes kann anhand prozessspezifischer Kriterien ausgelegt werden. Die folgende Tabelle listet Kriterien für unterschiedliche Prozesse auf: Prozess Kriterium für die Entleerung / Ersetzung von Feststoffpartikeln in der Produktionszone A cycle comprises at least two phases, the production phase comprising steps (a) to (c), ie production in the production zone, additional heat input in the heating zone and storage of the heat in the heat recovery zone, and the regeneration phase, steps (d) to (g), ie heat release from the heat transfer zone and heating of the production zone. A cycle may also advantageously comprise the following further steps: holding, rinsing, removal of the solid product and / or filling of solid particles. These further steps may be included in each cycle, but may be missing over several cycles. Furthermore, the step of the trigger can extend over several cycles, possibly continuously. The frequency of removal of the solid product can be interpreted on the basis of process-specific criteria. The following table lists criteria for different processes: Process Criterion for the emptying / replacement of solid particles in the production zone
Pyrolyse Massenzunahme des Trägers  Pyrolysis Mass increase of the vehicle
Dehydrierung Akkumulation von Koks  Dehydration accumulation of coke
Irreversible Desaktivierung  Irreversible deactivation
Abrieb  abrasion
Dehydroaromatisierung Akkumulation von Koks  Dehydroaromatization accumulation of coke
Irreversible Desaktivierung  Irreversible deactivation
Abrieb  abrasion
Dampfspaltung Akkumulation von Koks  Steam splitting accumulation of coke
Irreversible Desaktivierung  Irreversible deactivation
Reverse Boudouard-Reak- Massenabnahme des festen Reaktanden Koks  Reverse Boudouard Reak Mass Decay of Solid Reactant Coke
tion  tion
Deacon Massenabnahme des aktiven Feststoffs„leaching"  Deacon mass removal of the active solid "leaching"
Wasser-Thermolyse Irreversible Desaktivierung  Water thermolysis Irreversible deactivation
Abrieb  abrasion
NH3-Spaltung Irreversible Desaktivierung  NH3 cleavage Irreversible deactivation
Es können vorteilhaft zwei oder mehrere Schritte zeitlich synchron ablaufen. Z.B. können die Schritte Abzug und Einfüllen von Feststoffpartikeln synchron ablaufen. Ferner können die Schritte Spülen, Abzug und/oder Einfüllen von Feststoffpartikeln synchron ablaufen. Advantageously, two or more steps may take place synchronously in time. For example, For example, the steps of extracting and filling solid particles can be synchronized. Furthermore, the steps rinsing, drawing off and / or filling of solid particles can take place synchronously.
Es ist auch ein kontinuierliches Einfüllen und/oder ein kontinuierlicher Abzug von Feststoffpartikeln möglich. In diesem Fall laufen die Schritte„Abzug" und/oder„Einfüllen" synchron mit allen anderen Schritten ab. Die relative Dauer der einzelnen Prozessschritte, die in der Produktionszone ablaufen, bezogen auf die Dauer einer ganzen Periode, liegen in folgenden Bereichen: It is also a continuous filling and / or a continuous withdrawal of solid particles possible. In this case, the steps "Deduction" and / or "Discharge" run in sync with all other steps. The relative duration of the individual process steps that take place in the production zone, based on the duration of an entire period, lie in the following areas:
Der Produktionsphase nimmt vorteilhaft zwischen 10 und 80 %, bevorzugt zwischen 20 und 60 % der Periodendauer ein. Der Spülschritt in der Produktionsphase nimmt vorteilhaft zwischen 0 und 50 %, bevorzugt zwischen 10 und 40 %, insbesondere zwischen 30 und 40 %, der Perio- dendauer ein. Die Regenerationsphase nimmt vorteilhaft zwischen 10 und 80 %, bevorzugt zwischen 20 und 60 % der Periodendauer ein; falls ein Spülschritt vorliegt, nimmt die Regenerationsphase vorteilhaft 30 bis 40 % der Periodendauer ein.  The production phase advantageously occupies between 10 and 80%, preferably between 20 and 60% of the period. The rinsing step in the production phase advantageously takes place between 0 and 50%, preferably between 10 and 40%, in particular between 30 and 40%, of the period of the period. The regeneration phase advantageously occupies between 10 and 80%, preferably between 20 and 60% of the period duration; if there is a rinse step, the regeneration phase advantageously takes 30 to 40% of the period.
Die Dauer der Schritte in der Heizzone und in der Wärmerückführzone ist vorteilhaft mit der Dauer der Schritte in der Produktionszone synchronisiert. Wenn kein Spülschritt im Zyklus vorgesehen ist, findet der Wärmeeintrag in der Heizzone während des Produktionsschrittes statt (siehe Figur 3). Andernfalls findet vorteilhaft alternativ oder zusätzlich der Wärmeeintrag in der Heizzone zeitgleich mit dem Spülschritt in der Produktionszone statt (siehe Figur 4 und Figur 5), bevorzugt alternativ. Der Speicherschritt in der Wärmerückführzone dauert vorteilhaft genauso lange wie der Produktionsschritt und der Spülschritt zusammen. Die relative Dauer der einzelnen Prozessschritte hängt vorteilhaft davon ab, wie viele der erfindungsgemäßen Reaktoren zu einer Anlage zusammengeschaltet werden. Mit dem Ziel einer quasikontinuierlichen Produktion ergibt sich folgende Regel: The duration of the steps in the heating zone and in the heat recovery zone is advantageously synchronized with the duration of the steps in the production zone. If no rinsing step is provided in the cycle, the heat input in the heating zone takes place during the production step (see FIG. 3). Otherwise, alternatively or additionally, the heat input in the heating zone takes place simultaneously with the rinsing step in the production zone (see FIG. 4 and FIG. 5), preferably alternatively. The storage step in the heat recovery zone advantageously takes as long as the production step and the rinsing step together. The relative duration of the individual process steps depends advantageously on how many of the reactors according to the invention are connected together to form a system. With the goal of quasi-continuous production, the following rule results:
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Der bestimmungsgemäße Betriebszustand ist vorteilhaft der zyklisch stationäre bzw. periodische Zustand. Dieser Zustand stellt sich bei störungsfreiem Betrieb asymptotisch ein und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustände des Reaktors in Zeitintervallen, die der Zyklusperiode entsprechen, gleich sind. The intended operating state is advantageously the cyclically stationary or periodic state. This condition is asymptotic in trouble-free operation and is characterized in that the operating conditions of the reactor are equal at time intervals corresponding to the cycle period.
Die Produktionsphase: The production phase:
Die erfindungsgemäße Produktionsphase beinhaltet mindestens drei Stritte in Strömungsrichtung des Eduktgases: (a)„Produktion", (b)„Wärmeeintrag", und (c)„Speicherung" in der Wärmerückführungszone.  The production phase according to the invention comprises at least three steps in the flow direction of the educt gas: (a) "production", (b) "heat input", and (c) "storage" in the heat return zone.
Schritt Produktion: Step production:
Im Produktionsschritt (a) wird vorteilhaft der edukthaltige Strom in der Produktionszone durch eine vorgeheizte Packung aus temperaturbeständigen Feststoffpartikeln geleitet und umgesetzt. Der edukthaltige Strom ist vorteilhaft ein kohlenwasserstoff haltiges Gas oder Dampf, d.h. eine mit der flüssigen Phase im Gleichgewicht stehende gasförmige Phase eines Stoffes. Bevorzugt sind Erdgas H, Erdgas L, Raffineriefraktionen wie Flüssiggase (Propan, Butan), oder Naphtha, Kuppelgase und Biogase wie beispielsweise in WO 2014/095661 beschrieben oder Mischungen hieraus. Eine bevorzugte Mischung beinhaltet Erdgas und Flüssiggas.  In production step (a), the educt-containing stream in the production zone is advantageously passed through a preheated packing of temperature-resistant solid particles and reacted. The educt-containing stream is advantageously a hydrocarbon-containing gas or vapor, i. a gaseous phase of a substance in equilibrium with the liquid phase. Preference is given to natural gas H, natural gas L, refinery fractions such as liquefied gases (propane, butane), or naphtha, coupling gases and biogas, as described, for example, in WO 2014/095661 or mixtures thereof. A preferred mixture includes natural gas and LPG.
Alternativ ist der edukthaltige Strom ein kohlenstoffmonoxidhaltiges, ein wasserhaltiges, ein wasserstoffhaltiges, ein HCI-haltiges und/oder ein (bio)ethanolhaltiges Gas oder Dampf. Diese Edukte können ggf. gemischt mit Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden. Beispielhaft sind folgende Reaktionen tabellarisch zusammengefasst: Alternatively, the educt-containing stream is a carbon monoxide-containing, a hydrous, a hydrogen-containing, an HCl-containing and / or a (bio) ethanol-containing gas or vapor. If desired, these starting materials can be mixed with hydrocarbons. By way of example, the following reactions are summarized in tabular form:
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Mit besonderem Vorzug wird das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung von Wasser- stoff, von Synthesegas, von Styrol, Propen, Buten und/oder Benzol, von Acetylen, von Kohlen- stoffmonoxid, von Blausäure sowie bei der Kalzinierung von Aluminiumhydroxid eingesetzt. Bevorzugt sind folgende Verfahren: Dampf- und Trockenreformierung, die Thermolyse von Wasser, die Dehydrierung Ethylbenzol zu Styrol, von Propan zu Propen, von Butan zu Buten und/oder von Cyclohexan zu Benzol, die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen, insbesondere die Pyro- lyse von Methan, Ethan, Propan und/oder Butan, sowie die pyrolytische Acetylenherstellung, die Dehydroaromatisierung von Methan bis Propan, die Ammondehydrierung von Methan bis Propan, die Boudouardreaktion, die Kalzination (Zersetzung von Hydroxiden und Carbonaten). The process according to the invention is particularly preferably used in the production of hydrogen, of synthesis gas, of styrene, propene, butene and / or benzene, of acetylene, of carbon monoxide, of hydrogen cyanide and in the calcination of aluminum hydroxide. The following processes are preferred: steam and dry reforming, the thermolysis of water, the dehydrogenation of ethylbenzene to styrene, of propane to propene, of butane to butene and / or of cyclohexane to benzene, the pyrolysis of hydrocarbons, in particular the pyroysis of methane , Ethane, propane and / or butane, as well as the pyrolytic acetylene production, the dehydroaromatization of methane to propane, the ammondehydrogenation of methane to propane, the Boudouard reaction, the calcination (decomposition of hydroxides and carbonates).
Die Zulauftemperatur des edukthaltigen Stroms ist vorteilhaft von -150°C bis 750°C, bevorzugt von -75°C bis 600°C, besonders bevorzugt von 4°C bis 400°C, insbesondere von 20°C bisThe feed temperature of the educt-containing stream is advantageously from -150 ° C to 750 ° C, preferably from -75 ° C to 600 ° C, more preferably from 4 ° C to 400 ° C, in particular from 20 ° C to
250°C. Vorteil der niedrigen Temperaturen ist, dass das Gas aus einer kyrogenen Reinigungsstufe direkt eingesetzt werden kann und/oder das Produktgas direkt in eine kryogene Reinigungsstufe zugeführt werden kann, wobei nur noch eine geringe Temperaturabsenkung zur Fraktionierung erforderlich ist. Vorteile der höheren Temperaturen sind, dass Schwersieder nicht auskondensieren können und das Reaktorvolumen komplett für die Reaktion genutzt werden kann. Die Vorheiztemperatur ist der Sollwert, auf welchen das Produktionsbett vorteilhaft vor jedem Produktionsschritt im zyklisch stationären Zustand aufgeheizt wird. Vorteilhaft wird ein überwiegender Teil des Produktionsbettes auf diese Vorheiztemperatur aufgeheizt, vorteilhaft zwischen 30 % und 100% des Bettes, bevorzugt zwischen 40 % und 100%, besonders bevorzugt zwischen 50 % und 100%, insbesondere zwischen 60 % und 100% des Bettes. 250 ° C. The advantage of the low temperatures is that the gas from a kyrogenen purification stage can be used directly and / or the product gas can be fed directly into a cryogenic purification stage, with only a slight drop in temperature for Fractionation is required. Advantages of the higher temperatures are that high boilers can not condense out and the reactor volume can be used completely for the reaction. The preheat temperature is the target value at which the production bed is advantageously heated prior to each production step in the cyclically stationary state. Advantageously, a predominant part of the production bed is heated to this preheating temperature, advantageously between 30% and 100% of the bed, preferably between 40% and 100%, more preferably between 50% and 100%, in particular between 60% and 100% of the bed.
Für die bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Wertebereiche der Vorheiztemperaturen tabellarisch zusammengefasst: For the preferred variants of the method according to the invention, the value ranges of the preheat temperatures are summarized in tabular form:
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Bei der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen ist das Produktionsbett vorteilhaft auf 900 bis
Figure imgf000014_0001
In the pyrolysis of hydrocarbons, the production bed is advantageously at 900 to
2000°C, bevorzugt auf 1 100 bis 1900°C, besonders bevorzugt auf 1300 bis 1800°C und insbesondere auf 1400 bis 1700°C vorgeheizt (Vorheiztemperatur). 2000 ° C, preferably preheated to 1 100 to 1900 ° C, more preferably to 1300 to 1800 ° C and in particular to 1400 to 1700 ° C (preheating temperature).
Die Differenz zwischen der Zulauf-Temperatur des edukthaltigen Stroms und der Temperatur der vorgeheizten Feststoffpackung im Reaktionsbereich beträgt vorteilhaft 500 bis 2000K, bevorzugt 700 bis 1900K, besonders bevorzugt 900 bis 1800K, insbesondere 1000 bis 1700K. Die Onsettemperatur ist die Temperatur, oberhalb welcher die endotherme Reaktion mit technisch relevanten Reaktionsraten abläuft. Für die bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Wertebereiche der Onsettemperaturen, tabellarisch zusammengefasst: The difference between the feed temperature of the educt-containing stream and the temperature of the preheated solid packing in the reaction zone is advantageously 500 to 2000K, preferably 700 to 1900K, more preferably 900 to 1800K, especially 1000 to 1700K. The onset temperature is the temperature above which the endothermic reaction proceeds at technically relevant reaction rates. For the preferred variants of the method according to the invention, the value ranges of the onset temperatures are summarized in tabular form:
Figure imgf000015_0001
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Der edukthaltige Strom weist vorteilhaft eine Strömungsgeschwindigkeit in der Produktionszone von 0,001 bis 20 m/s auf, bevorzugt von 0,01 bis 10 m/s, weiter bevorzugt von 0,05 bis 5 m/s, insbesondere von 0,1 bis 2 m/s. Der Begriff„Strömungsgeschwindigkeit" bedeutet die Leerrohrgeschwindigkeit unter Normbedingungen. Damit ist die Stoffbelastung der Reaktionsstrecke un- abhängig von Variation der Betriebsparameter (Druck, Temperatur) definiert. The educt-containing stream advantageously has a flow velocity in the production zone of 0.001 to 20 m / s, preferably from 0.01 to 10 m / s, more preferably from 0.05 to 5 m / s, in particular from 0.1 to 2 m / s. The term "flow velocity" means the empty tube velocity under standard conditions, meaning that the material load of the reaction zone is defined independently of the variation of the operating parameters (pressure, temperature).
Vorteilhaft weist der produkthaltige Strom beim Austreten aus der Produktionszone einen Absolutdruck von 0,1 bis 100 bar, bevorzugt von 0,3 bis 80 bar, weiter bevorzugt von 1 bis 60 bar, insbesondere von 3 bis 40 bar auf. Advantageously, the product-containing stream on exiting the production zone to an absolute pressure of 0.1 to 100 bar, preferably from 0.3 to 80 bar, more preferably from 1 to 60 bar, in particular from 3 to 40 bar.
Vorteilhaft beträgt die mittlere Verweilzeit des edukthaltigen Gasstromes im Bereich der Produktionszone, die die Vorheiztemperatur aufweist, 0,1 bis 900 s, bevorzugt 0,2 bis 300 s, weiter bevorzugt 0,5 bis 60 s, insbesondere 1 bis 30 s. In Analogie zur Strömungsgeschwindigkeit ist die Verweilzeit im Produktionsbett als der Quotient aus dem Leervolumen der Produktionszone und dem Volumenstrom des edukthaltigen Gasstromes unter Normbedingungen gemeint. Advantageously, the average residence time of the educt-containing gas stream in the region of the production zone which has the preheating temperature is 0.1 to 900 s, preferably 0.2 to 300 s, more preferably 0.5 to 60 s, in particular 1 to 30 s. In analogy to the flow rate, the residence time in the production bed is meant as the quotient of the void volume of the production zone and the volume flow of the educt-containing gas stream under standard conditions.
Beispielsweise beträgt die Raum-Zeit-Ausbeute der Wasserstoffproduktion bei der Erdgaspyrolyse 10 bis 10000 kg H2/h/m3, bevorzugt 100 bis 1000 kg H2/h/m3. Das Produktionsbett ist vorteilhaft ein Schüttbett, d.h. eine geschüttete Packung aus Feststoffpartikeln. Alternativ können auch zusätzlich feste Einbauten in der Produktionszone vorgesehen werden, beispielsweise in Form von Heizelementen oder in Form einer ortsfesten, regelmäßigen Packung. Das Produktionsbett besteht in diesem Fall aus einem mobilen und einem orts- festen Teil. For example, the space-time yield of hydrogen production in natural gas pyrolysis is 10 to 10,000 kg H 2 / h / m 3 , preferably 100 to 1000 kg H 2 / h / m 3 . The production bed is advantageously a packed bed, ie a packed packing of solid particles. Alternatively, additional fixed installations in the production zone can also be provided, for example in the form of heating elements or in the form of a stationary, regular package. The production bed in this case consists of a mobile and a stationary part.
Die Feststoffpartikel des Produktionsbettes sind vorteilhaft temperaturbeständig im Bereich von 1000 bis 2800°C, bevorzugt 1300 bis 2800°C, besonders bevorzugt 1500 bis 2800°C, insbesondere 1600 bis 2800°C. The solid particles of the production bed are advantageously temperature-resistant in the range from 1000 to 2800 ° C., preferably from 1300 to 2800 ° C., more preferably from 1500 to 2800 ° C., in particular from 1600 to 2800 ° C.
Als temperaturbeständige Feststoffe kommen vorteilhaft z.B. keramische Trägerpartikel, insbesondere Werkstoffe gemäß DIN EN 60 672-3 wie z.B. Alkali-Aluminiumsilikate, Magnesiumsilikate, Titanate, Erdalkali-Aluminiumsilikate, Aluminium- und Magnesiumsilikate, Mullit, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und/oder Zirkonoxid in Betracht. Ferner können nicht genormte kera- mische Hochleistungswerkstoffe wie z.B. Quarzglas, Siliciumcarbid, Borcarbid und/oder Nitride als temperaturbeständige Feststoffe dienen. As temperature-resistant solids are advantageously used e.g. ceramic carrier particles, in particular materials according to DIN EN 60 672-3, such as e.g. Alkali aluminum silicates, magnesium silicates, titanates, alkaline earth aluminum silicates, aluminum and magnesium silicates, mullite, alumina, magnesium oxide and / or zirconium oxide into consideration. Furthermore, non-standard high-performance ceramic materials such as e.g. Quartz glass, silicon carbide, boron carbide and / or nitrides serve as temperature-resistant solids.
Ferner ist die Verwendung von kohlenstoffhaltigen Material als Granulat vorteilhaft. Unter einem kohlenstoffhaltigen Granulat ist in der vorliegenden Erfindung ein Material zu verstehen, das vorteilhaft aus festen Körnern besteht, die mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 90 Gew.-% Kohlenstoff, weiter bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, insbesondere mindestens 98 Gew.-% Kohlenstoff aufweisen. Das kohlenstoffhaltige Granulat besitzt vorteilhaft eine Körnung, d.h. einen Äquivalenzdurchmesser, der durch Siebung mit einer bestimmten Maschengröße bestimmbar ist, von 0,05 bis 100 mm, bevorzugt 0,1 bis 10 mm, weiter bevorzugt 0,2 bis 5 mm, insbesondere 0,3 bis 3 mm. Furthermore, the use of carbonaceous material as granules is advantageous. In the present invention, a carbonaceous granulate is to be understood as meaning a material which advantageously consists of solid grains which are at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight of carbon, more preferably at least 95 wt .-%, in particular at least 98 wt .-% carbon. The carbonaceous granules advantageously have a grain size, i. an equivalent diameter, which can be determined by sieving with a certain mesh size, of 0.05 to 100 mm, preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 0.2 to 5 mm, in particular 0.3 to 3 mm.
Vorteilhaft beträgt die Dichte des kohlenstoffhaltigen Materials 0,15 bis 2,25 g/ml, bevorzugt 0,3 bis 2 g/ml, weiter bevorzugt 0,65 bis 1 ,85 g/ml, insbesondere 0,9 bis 1 ,7 g/ml.  Advantageously, the density of the carbonaceous material is 0.15 to 2.25 g / ml, preferably 0.3 to 2 g / ml, more preferably 0.65 to 1.85 g / ml, especially 0.9 to 1.7 g / ml.
Vorteilhaft beträgt die Porosität des kohlenstoffhaltigen Materials 0 bis 0,95 ml/ml, bevorzugt 0,1 bis 0,85 ml/ml, weiter bevorzugt 0,15 bis 0,7 ml/ml, insbesondere 0,25 bis 0,6 ml/ml. Advantageously, the porosity of the carbonaceous material is 0 to 0.95 ml / ml, preferably 0.1 to 0.85 ml / ml, more preferably 0.15 to 0.7 ml / ml, in particular 0.25 to 0.6 ml / ml.
Vorteilhaft weist das kohlenstoffhaltige Material eine Makroporosität auf. Der mittlere Porenradius liegt vorteilhaft bei 0,01 bis 50 μηη, bevorzugt bei 0,1 bis 20 μηη, insbesondere bei 0,5 bis 5 μηη. Die spezifische Oberfläche liegt vorteilhaft bei 0,02 bis 100 m2/g, bevorzugt bei 0,05 bis 10 m2/g, insbesondere bei 0,2 bis 2 m2/g. Advantageously, the carbonaceous material has a macroporosity. The average pore radius is advantageously from 0.01 to 50 μm, preferably from 0.1 to 20 μm, in particular from 0.5 to 5 μm. The specific surface area is advantageously from 0.02 to 100 m 2 / g, preferably from 0.05 to 10 m 2 / g, in particular from 0.2 to 2 m 2 / g.
Das kohlenstoffhaltige Granulat ist vorteilhaft kugelförmig. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Vielzahl von unterschiedlichen kohlenstoffhaltigen Granulaten eingesetzt werden. Ein derartiges Granulat kann beispielsweise überwiegend aus Kohle, Koks, Koksgrus und/oder Mischungen hieraus bestehen. Ferner kann das kohlenstoffhaltige Granulat 0 bis 15 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse des Granulats, bevorzugt 0 bis 5 Gew.-%, Metall, Metalloxid und/oder Keramik enthalten. Unter„Koks" wird in der vorliegenden Erfindung ein poröser Brennstoff mit hohem Kohlenstoffgehalt (C-Massenanteil > 85%) verstanden. The carbonaceous granules are advantageously spherical. In the method according to the invention, a multiplicity of different carbonaceous granules can be used. For example, such granules may consist predominantly of coal, coke, coke breeze and / or mixtures thereof. Further, the carbonaceous granules 0 to 15 wt .-% based on the total mass of the granules, preferably 0 to 5 wt .-%, metal, metal oxide and / or ceramic. By "coke" in the present invention is meant a high carbon porous fuel (C-mass fraction> 85%).
Die keramischen Trägerpartikel besitzen vorteilhaft eine unporöse und glatte Oberfläche, defi- niert durch die Rauhigkeit, bzw. durch die Art der Oberflächenbehandlung, beispielsweise The ceramic carrier particles advantageously have an unporous and smooth surface, defined by the roughness, or by the type of surface treatment, for example
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* Brevier Technische Keramik 10.5.4.4 * Brevier Technical Ceramics 10.5.4.4
Bei den keramischen Trägern ist es vorteilhaft, wenn der Pyrokohlenstoff„leicht" von der Ober- fläche abgelöst werden kann. Vorteilhaft sind polierte Trägerpartikel aus Korund, Steinzeug o- der Quarzglas. In the case of the ceramic supports, it is advantageous if the pyrocarbon can be "easily" removed from the surface, and polished carrier particles of corundum, stoneware or quartz glass are advantageous.
Vorteilhaft liegt die über eine Periode gemittelte Sinkgeschwindigkeit des Feststoffstroms in der Produktionszone im Bereich von 0 m/h bis 50 m/h, bevorzugt 0 m/h bis 10 m/h, insbesondere 0 m/h bis 5 m/h. Insbesondere kann der Feststoffstrom der Produktionsrate plus bzw. minus 10 % des festen Produktes entsprechen, so dass der Hold-Up der Produktionszone konstant bleibt. Advantageously, the rate of descent of the solids flow in the production zone, averaged over a period, is in the range from 0 m / h to 50 m / h, preferably 0 m / h to 10 m / h, in particular 0 m / h to 5 m / h. In particular, the solids flow may correspond to the production rate plus or minus 10% of the solid product, so that the hold-up of the production zone remains constant.
Vorteilhaft findet das Beladen und Entladen in der Produktionszone mit Feststoffpartikeln statt, während die Produktionszone nicht mit edukthaltigem Gas durchströmt wird, bevorzugt nicht mit einem reagierenden Gas durchströmt wird, insbesondere während die Produktionszone von keinem Gas durchströmt wird. Advantageously, the loading and unloading takes place in the production zone with solid particles, while the production zone is not flowed through with edukthaltigem gas, preferably is not flowed through with a reacting gas, especially during the production zone is traversed by any gas.
Die Feststoffpackung in der Produktionszone kann während des Produktionsschrittes unterschiedliche Fluidisierungszustände aufweisen: vorteilhaft ein Festbett, ein Wanderbett oder ein Wirbelbett. Der Fluidisierungszustand kann über der Höhe der Produktionszone homogen oder inhomogen sein. Insbesondere kann die Produktionszone vertikal in Zonen mit unterschiedlichen Fluidisierungszuständen unterteilt sein: beispielsweise im unteren Abschnitt der Produktionszone ein Festbett oder Wanderbett und im oberen Abschnitt des Produktaustritts ein Wirbelbett oder Wanderbett. The solid packing in the production zone may have different fluidization states during the production step: advantageously a fixed bed, a moving bed or a fluidized bed. The fluidization state may be homogeneous or inhomogeneous over the height of the production zone. In particular, the production zone can be divided vertically into zones with different fluidization states: for example, in the lower section of the production zone a fixed bed or moving bed and in the upper section of the product outlet a fluidized bed or moving bed.
Der innige Kontakt zwischen dem gasförmigen Reaktionsgemisch und dem Feststoff in der Produktionszone und in der Wärmerückführungszone resultiert aus der spezifischen Grenzfläche zwischen der Feststoff packung und der Gasphase, welche größer als 50 m2/m3, bevorzugt größer als 100 m2/m3, besonders bevorzugt größer als 500 m2/m3 beträgt. Sie bewirkt einen inten- siven Wärmeaustausch mit einem Wärmeübergangskoeffizienten von vorteilhaft größer als 10 W/m2/K, bevorzugt größer als 50 W/m2/K, besonders bevorzugt größer als 100 W/m2/K zwischen dem gasförmigen Reaktionsgemisch und dem Feststoff. The intimate contact between the gaseous reaction mixture and the solid in the production zone and in the heat recovery zone results from the specific interface between the solid packing and the gas phase, which is greater than 50 m 2 / m 3 , preferably greater than 100 m 2 / m 3 , particularly preferably greater than 500 m 2 / m 3 . It causes an intensive heat exchange with a heat transfer coefficient of advantageously greater than 10 W / m 2 / K, preferably greater than 50 W / m 2 / K, particularly preferably greater than 100 W / m 2 / K between the gaseous reaction mixture and the solid.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen ohne Einsatz eines aktiv-metallhaltigen Katalysators durchgeführt. The process according to the invention is preferably carried out for the pyrolysis of hydrocarbons without the use of an active metal-containing catalyst.
Alternativ können die Feststoffpartikel des Produktionsbettes auch Katalysatoren beinhalten o- der das Feststoffbett kann ausschließlich aus Katalysatoren bestehen, so dass das Produktionsbett vorteilhaft ein Katalysatorbett ist. Vorteilhafte Katalysatoren sind dem Fachmann für die oben genannten Reaktionen bekannt, beispielsweise Zeolith-haltige Katalysatoren für Dehydro- aromatisierung, Ni-haltige Katalysatoren für Reformierung, Pt-, Fe- oder Cr-haltige Katalysatoren für Dehydrierung. Alternatively, the solid particles of the production bed can also contain catalysts or the solid bed can consist exclusively of catalysts, so that the production bed is advantageously a catalyst bed. Advantageous catalysts are known to those skilled in the above-mentioned reactions, for example, zeolite-containing catalysts for dehydro-aromatization, Ni-containing catalysts for reforming, Pt-, Fe- or Cr-containing catalysts for dehydrogenation.
Alternativ kann das Festbett eine feste, reaktive Komponente enthalten, die innerhalb eines Zyklus reversibel in einer Hin- und in einer Rückreaktion umgesetzt wird. Beispielsweise können auf diese Weise Ferrite zur Thermolyse von Wasser eingesetzt werden (Solar Energy, 81 (5), 623-628, 2007). Weiterhin kann beispielsweise AI(OH)3 zu Al203 oder CaCOs zu CaO kalziniert werden. Bei der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen sind die Zielprodukte dieser Reaktion Wasserstoff und Kohlenstoff. Der Wasserstoff strömt vorteilhaft durch die Packung aus Feststoffpartikeln hindurch, während der Kohlenstoff weitgehend auf den Feststoffpartikeln abgeschieden wird. Die Abscheidegrad des Kohlenstoffs auf den Feststoffpartikeln liegt vorteilhaft im Bereich von 85 bis 100 %, bevorzugt 90 bis 100 %, besonders bevorzugt 95 bis 100 %, insbesondere 99 bis 100 %. Alternatively, the fixed bed may contain a solid, reactive component that is reversibly reacted in a forward and reverse reaction within one cycle. For example, ferrites can be used for the thermolysis of water in this way (Solar Energy, 81 (5), 623-628, 2007). Furthermore, for example, Al (OH) 3 can be calcined to Al 2 O 3 or CaCOs to CaO. In the pyrolysis of hydrocarbons, the target products of this reaction are hydrogen and carbon. The hydrogen advantageously flows through the packing of solid particles, while the carbon is largely deposited on the solid particles. The degree of separation of the carbon on the solid particles is advantageously in the range from 85 to 100%, preferably 90 to 100%, particularly preferably 95 to 100%, in particular 99 to 100%.
Schritt Spülen: Step rinse:
Für den Spülschritt wird vorteilhaft die Gaszusammensetzung im Zulauf der Produktionszone umgeschaltet vom edukthaltigen Strom des Produktionsschrittes auf ein Spülgas. Das Spülgas kann unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Beispielsweise enthält das Spülgas Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserdampf, Stickstoff, Argon oder ein Gemisch dieser Gase. Der während des Spülschrittes verwendete Gasstrom kann importiert oder ein Rückführstrom aus dem Prozess sein. Vorteilhaft findet der Wärmeeintrag in der Heizzone zeitgleich mit dem Spülschritt in der Produktionszone statt (siehe Figur 4 und Figur 5). Andernfalls, wenn kein Spülschritt im Zyklus vorgesehen ist, findet der Wärmeeintrag vorteilhaft in der Heizzone während Produktionsschrittes statt (Figur 3 und Figur 6). Der Speicherschritt in der Wärmerückführzone dauert vorteilhaft genauso lange wie der Produktionsschritt und der Spülschritt zusammen. Die Zulauftemperatur des Gasstroms in das Produktionsbett während des Spülschrittes beträgt vorteilhaft -150 bis 750 °C, bevorzugt -75 bis 600 °C, besonders bevorzugt 4 bis 400 °C, insbesondere 20 bis 250 °C. Dies ist analog der Zulauftemperatur für das edukthaltige Gas und das Regenerationsgas. For the rinsing step, the gas composition in the feed of the production zone is advantageously switched over from the educt-containing stream of the production step to a purge gas. The purge gas may have different compositions. For example, the purge gas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, nitrogen, argon or a mixture of these gases. The gas stream used during the purge step may be imported or a recycle stream from the process. Advantageously, the heat input in the heating zone takes place at the same time as the rinsing step in the production zone (see FIG. 4 and FIG. 5). Otherwise, if no rinsing step is provided in the cycle, the heat input advantageously takes place in the heating zone during the production step (FIG. 3 and FIG. 6). The storage step in the heat recovery zone advantageously takes as long as the production step and the rinsing step together. The inlet temperature of the gas stream into the production bed during the rinsing step is advantageously -150 to 750 ° C, preferably -75 to 600 ° C, more preferably 4 to 400 ° C, especially 20 to 250 ° C. This is analogous to the inlet temperature for the educt-containing gas and the regeneration gas.
Der Gasstrom weist während des Spülschrittes vorteilhaft eine Strömungsgeschwindigkeit in der Produktionszone von 0,001 bis 20 m/s, bevorzugt von 0,01 bis 10 m/s, weiter bevorzugt von 0,05 bis 5 m/s, insbesondere von 0, 1 bis 2 m/s auf. Das Verhältnis zwischen der Wärmekapazität des während des Spülschrittes in den Reaktor zugeführten Gases und der Wärmekapazität des edukthaltigen Gases im Zulauf der Produktionszone während des Produktionsschrittes beträgt zwischen 0 und 400%, bevorzugt zwischen 0 und 200%. Als Anhaltswert wird die Wärmekapazität des Gasstroms im jeweiligen Schritt gemäß der folgenden Beziehung ermittelt:
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During the purging step, the gas stream advantageously has a flow rate in the production zone of 0.001 to 20 m / s, preferably from 0.01 to 10 m / s, more preferably from 0.05 to 5 m / s, in particular from 0.1 to 2 m / s up. The ratio between the heat capacity of the gas fed into the reactor during the purging step and the heat capacity of the educt-containing gas in the feed of the production zone during the production step is between 0 and 400%, preferably between 0 and 200%. As a guide, the heat capacity of the gas stream in each step is determined according to the following relationship:
Figure imgf000019_0001
cp f ) [j-^-]: Spezifische Wärmekapazität des Gases mit der Zulaufzusammensetzung bei einer mittleren Temperatur zwischen der Zulauftemperatur und der Vorheiztemperatur. c p f) [j - ^ -]: Specific heat capacity of the gas with the feed composition at a mean temperature between the feed temperature and the preheat temperature.
Ati isV- Dauer des Schrittes i Ati i s V- Duration of the step i
Die Laufvariable i kann folgende Bedeutung annehmen:„Produktion",„Spülen",„Speichern", „Freisetzen".  The run variable i can assume the following meaning: "production", "rinse", "store", "release".
Die relative Dauer des Spülschrittes, bezogen auf die Dauer einer vollen Periode beträgt vorteilhaft zwischen 0 und 50%, bevorzugt zwischen 10% und 40%. The relative duration of the rinsing step, based on the duration of a full period, is advantageously between 0 and 50%, preferably between 10% and 40%.
Unter Verwendung eines inerten Spülgases wird vorteilhaft in der Heizzone geregelt ein Brenn- gas und ein Oxidationsmittel zugeführt, so dass die Verbrennungswärme die Gemischtemperatur am Ausgang der Heizzone auf die angestrebte Vorheiztemperatur anhebt. Using an inert purge gas, a combustion gas and an oxidizing agent are advantageously fed into the heating zone, so that the heat of combustion raises the mixture temperature at the outlet of the heating zone to the desired preheating temperature.
Wenn Wasserstoff als Brennstoff verwendet wird, kann das erzeugte Wasser vorteilhaft auskondensiert und der Stickstoff als Kreisgas zurückgeführt werden. When hydrogen is used as the fuel, the produced water can advantageously be condensed out and the nitrogen recycled as recycle gas.
Die Feststoffpackung in der Produktionszone kann während des Spülschrittes analog zum Produktionsschritt unterschiedliche Fluidisierungszustände aufweisen: vorteilhaft ein Festbett, ein Wanderbett oder ein Wirbelbett, insbesondere ein Festbett. Schritt Wärmeeintrag: The solids packing in the production zone may have different fluidization states during the rinsing step analogously to the production step: advantageously a fixed bed, a moving bed or a fluidized bed, in particular a fixed bed. Step heat input:
Im Schritt (b) wird dem aus der Produktionszone austretenden produkthaltigen Gasstrom, insbesondere wasserstoffhaltigen Gasstrom, Wärme zugeführt und dadurch die thermische Energie des Gasstroms erhöht. Eine Erhöhung der thermischen Energie kann durch Anhebung der Gastemperatur auf das Niveau der geforderten Vorheiztemperatur und / oder durch Erhöhung der Gasmenge auf dem Niveau der geforderten Vorheiztemperatur erreicht werden. Der erste Effekt wird vorteilhaft durch Teilverbrennung der brennbaren Bestandteile des Produktgases in der Heizzone erreicht. Der zweite Effekt wird durch die Einleitung der Rauchgase aus einer externen Brennkammer als gasförmiger Wärmeträger in die Heizzone erreicht (Heißgaseinspei- sung). Vorteilhaft wird die Erhöhung der thermischen Energie durch Anhebung der Gastemperatur auf das Niveau der geforderten Vorheiztemperatur erreicht.  In step (b), heat is supplied to the product-containing gas stream leaving the production zone, in particular hydrogen-containing gas stream, thereby increasing the thermal energy of the gas stream. An increase in the thermal energy can be achieved by raising the gas temperature to the level of the required preheat temperature and / or by increasing the amount of gas at the level of the required preheat temperature. The first effect is advantageously achieved by partial combustion of the combustible constituents of the product gas in the heating zone. The second effect is achieved by introducing the flue gases from an external combustion chamber as gaseous heat transfer medium into the heating zone (hot gas feed). Advantageously, the increase of the thermal energy is achieved by raising the gas temperature to the level of the required preheating temperature.
Vorteilhaft laufen die Schritte„Produktion" und„Heizen" synchron ab. Bevorzugt laufen die Schritte„Spülen" und„Heizen" synchron ab. Advantageously, the steps "production" and "heating" run synchronously. The steps "rinsing" and "heating" preferably run synchronously.
Die Heizzone kann eine Mischkammer sein. Die Wände der Heizzone können mit einer temperaturbeständigen, chemisch beständigen, inerten und wärmedämmende Schicht ausgekleidet sein. Die Heizzone kann getrennte Zuführleitungen für Seitenströme wie Brenngas / oxidations- mittelhaltiges Gas und / oder einen gasförmigen Wärmeträger enthalten. Die Heizzone kann Leitbleche / Einbauten zur Lenkung der Ströme (statische Mischer) und / oder zur Einspeisung und Verteilung von Seitenströmen enthalten. Außerdem kann die Heizzone eine Vorrichtung zur Zündung eines brennbaren Gemisches enthalten. The heating zone may be a mixing chamber. The walls of the heating zone can be lined with a temperature-resistant, chemically resistant, inert and heat-insulating layer. The heating zone may contain separate feed lines for side streams such as fuel gas / oxidant-containing gas and / or a gaseous heat transfer medium. The heating zone may contain baffles / baffles for guiding the streams (static mixers) and / or for feeding and distributing side streams. In addition, the heating zone may include a device for igniting a combustible mixture.
Die Temperatur des Gasstroms, der die Heizzone verlässt, wird auf den vorbestimmten Wert der Vorheiztemperatur geregelt. The temperature of the gas stream leaving the heating zone is regulated to the predetermined value of the preheating temperature.
Der Wärmeeintrag kann nach allen dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen: The heat input can take place according to all methods known to the person skilled in the art:
Beispielsweise wird in der Heizzone der aus der Produktionszone austretende, brennbare Kom- ponenten enthaltende Gasstrom mit einem oxidationsmittelhaltigen, z.B. sauerstoffhaltigen,For example, in the heating zone, the gas stream containing flammable components leaving the production zone is treated with an oxidant-containing, e.g. oxygenates,
Gasstrom, der über separate Zuleitungen in die Heizzone eingespeist wird, vermischt und partiell verbrannt. Der produkthaltige Gasstrom ist dabei durch die im Produktionsbett gespeicherte Wärme auf Temperaturen von 350°C bis 1200°C, bevorzugt von 400°C bis 1000°C, vorgeheizt. Beispielsweise kann ein Wärmeeintrag dadurch erfolgen, dass vorteilhaft ein kostengünstiges Brenngas, z.B. Erdgas, ein kostengünstiger flüssiger Brennstoff, z.B. Naphtha und/oder ein kostengünstiger fester Brennstoff, z.B. Einblaskohle in einer externen Brennkammer verbrannt wird und das heiße Rauchgas über separate Zuleitungen in die Heizzone eingeleitet wird. Alternativ können der Brennstoff und das Oxidationsmittel über separate Zuleitungen in die Heizzone ein- geleitet und dort verbrannt werden. Beispielsweise kann ein Wärmeeintrag durch Einblasung von Kohlestaub erfolgen, der bei hohen Temperaturen von vorteilhaft 1200 bis 2200°C, bevorzugt 1400 bis 2100°C, besonders bevorzugt 1500 bis 2000°C, insbesondere 1600 bis 1900°C, und stöchiometrischem Überschuss primär zu CO umgesetzt wird. In diesem Fall enthält das Produktgas ggf. nennenswerte Men- gen an COx. Für bestimmte Anwendungen kann dieser Anteil gezielt als Synthesegas verarbeitet werden. Gas stream, which is fed via separate feed lines in the heating zone, mixed and partially burned. The product-containing gas stream is preheated by the heat stored in the production bed to temperatures of 350 ° C to 1200 ° C, preferably from 400 ° C to 1000 ° C. For example, a heat input can take place in that advantageously a low-cost fuel gas, eg natural gas, an inexpensive liquid fuel, eg naphtha and / or a cost solid fuel, eg injection coal is burned in an external combustion chamber and introduced the hot flue gas via separate supply lines in the heating zone becomes. Alternatively, the fuel and the oxidant can be introduced via separate feed lines in the heating zone and burned there. For example, a heat input by blowing of coal dust carried out at high temperatures of advantageously 1200 to 2200 ° C, preferably 1400 to 2100 ° C, more preferably 1500 to 2000 ° C, especially 1600 to 1900 ° C, and stoichiometric excess primarily to CO is implemented. In this case, the product gas may contain significant amounts of COx. For certain applications, this proportion can be processed specifically as synthesis gas.
Ferner kann der Wärmeeintrag durch Einspeisung eines überhitzten Inertgases, beispielsweise Stickstoff erfolgen. Das überhitzte Inertgas kann z.B. vorher in einem Plasmabrenner aufgeheizt werden oder ein solcher Plasmabrenner kann in die Heizzone integriert werden. Furthermore, the heat input can be effected by feeding in a superheated inert gas, for example nitrogen. The superheated inert gas may e.g. previously heated in a plasma torch or such a plasma torch can be integrated into the heating zone.
Alternativ kann ein Wärmeeintrag durch indirekte Beheizung erfolgen. Der produkthaltige Gasstrom und das Brenngas, beispielsweise ein Luft/Erdgas-Gemisch können vorteilhaft durch benachbarte Kanäle geführt werden. Die Verbrennungswärme wird durch die Kanalwand an das Prozessgas übertragen. Diese Variante hat den Vorteil, dass das Produktgas unverdünnt gewonnen werden kann. Alternatively, a heat input by indirect heating can take place. The product-containing gas stream and the fuel gas, for example an air / natural gas mixture can advantageously be passed through adjacent channels. The heat of combustion is transferred through the duct wall to the process gas. This variant has the advantage that the product gas can be obtained undiluted.
Eine spezielle Form der indirekten Beheizung ist eine elektrische Widerstandsheizung. Erfindungsgemäß stehen die elektrischen Heizelemente im thermischen Kontakt mit dem Gasstrom. Vorteilhaft sind die Widerstandselemente in einem Haufwerk aus temperaturbeständigen Partikeln eingebettet, das vom Produktgas durchströmt wird. A special form of indirect heating is electrical resistance heating. According to the invention, the electrical heating elements are in thermal contact with the gas stream. Advantageously, the resistive elements are embedded in a heap of temperature-resistant particles, which is flowed through by the product gas.
Alternativ können vorteilhaft die elektrischen Heizelemente in einer Wand eingebettet sein, die im thermischen Kontakt mit dem Gasstrom steht. Bevorzugt wird die Wärme für die endotherme Reaktion jedoch unter Verwendung des direkten Energieeintrags in den produkthaltigen Gasstrom oder in einen Spülstrom eingetragen wird.  Alternatively, advantageously, the electrical heating elements may be embedded in a wall that is in thermal contact with the gas stream. Preferably, however, the heat for the endothermic reaction is introduced using the direct input of energy into the product-containing gas stream or into a purge stream.
Beispielsweise wird der in die Heizzone eintretende Produktgasstrom um eine Temperaturdifferenz von 0 K bis 2000 K, bevorzugt von 0 K bis 1000 K überhitzt. For example, the product gas stream entering the heating zone is overheated by a temperature difference of from 0 K to 2000 K, preferably from 0 K to 1000 K.
Das sauerstoffhaltige Gas ist beispielsweise Luft oder angereicherte Luft, wobei der Sauerstoffgehalt des sauerstoffhaltigen Gases vorteilhaft zwischen 20 und 100 %, bevorzugt zwischen 40 und 100 %, besonders bevorzugt zwischen 50 und 100 %, insbesondere zwischen 60 und 100 % liegt. Ganz besonders bevorzugt ist Sauerstoff technischer Reinheit (vorteilhaft größer als 95% Vol.-% Sauerstoff, bevorzugt größer 99% Sauerstoff, besonders bevorzugt größer 99.5% Sauerstoff). The oxygen-containing gas is for example air or enriched air, wherein the oxygen content of the oxygen-containing gas is advantageously between 20 and 100%, preferably between 40 and 100%, particularly preferably between 50 and 100%, in particular between 60 and 100%. Very particular preference is given to oxygen of technical purity (advantageously greater than 95% by volume oxygen, preferably greater than 99% oxygen, particularly preferably greater than 99.5% oxygen).
Es ist vorteilhaft sicherzustellen, dass in den Zuleitungen der Seiteneinspeisung zur Heizzone kein zündfähiges Gemisch entsteht. Das wird beispielsweise dadurch sichergestellt, dass die Zuleitungen der Seiteneinspeisung, die den oxidationsmittelhaltigen Gasstrom zur Heizzone führen, vor Beginn des Wärmeeintragsschrittes und am Ende des Wärmeeintragsschrittes defi- niert mit reinem Stickstoff, Argon, C02, H20-Dampf oder Gemischen dieser Gase gespült werden. Das während dieser intermittierenden Inertisierungsschntte durch die Leitungen geförderte Gasvolumen entspricht dem fünffachen bis fünfzig-fachen Volumen der Leitung. Alternativ kann permanent Stickstoff, Argon, C02, H20-Dampf oder Gemische dieser Gase in die Zuleitungen der Seiteneinspeisung zugeführt werden. It is advantageous to ensure that no ignitable mixture is formed in the feed lines of the side feed to the heating zone. This is ensured, for example, by the fact that the feeders of the side feed, which carry the oxidant-containing gas stream to the heating zone, are defined before the start of the heat-input step and at the end of the heat-input step. be rinsed with pure nitrogen, argon, C02, H20 vapor or mixtures of these gases. The volume of gas delivered through the conduits during this intermittent inertisation cycle is five to fifty times the volume of the conduit. Alternatively, nitrogen, argon, CO 2, H 2 O vapor or mixtures of these gases can be fed permanently into the feeders of the side feed.
Die Eintrittstemperatur des oxidationsmittelhaltigen Gasstroms liegt vorteilhaft zwischen Raumtemperatur und 1500°C, bevorzugt zwischen 150 und 1 100°C, besonders bevorzugt zwischen 300 und 900°C, insbesondere zwischen 400 und 650°C. The inlet temperature of the oxidant-containing gas stream is advantageously between room temperature and 1500 ° C., preferably between 150 and 1100 ° C., more preferably between 300 and 900 ° C., in particular between 400 and 650 ° C.
Während des Wärmeeintragsschrittes beträgt das Volumenstromverhältnis von Sauerstoffstrom zu produkthaltigem Gasstrom vorteilhaft zwischen 0,004 und 0, 16, bevorzugt zwischen 0,008 und 0, 12, besonders bevorzugt zwischen 0,012 und 0,08, insbesondere zwischen 0,016 und 0,04. During the heat input step, the volume flow ratio of oxygen stream to product-containing gas stream is advantageously between 0.004 and 0.16, preferably between 0.008 and 0.12, more preferably between 0.012 and 0.08, in particular between 0.016 and 0.04.
Alternativ zu Sauerstoff können auch andere Oxidationsmittel wie z.B. NO oder N20, verwendet werden. Alternatively to oxygen, other oxidizing agents may also be used, e.g. NO or N20 can be used.
Die Mischtemperatur des Gasstromes am Austritt der Heizzone entspricht der geforderten Vor- heiztemperatur. Die Abweichung vom Sollwert beträgt zwischen -200 und +200K, bevorzugt zwischen -100 und +100K, besonders bevorzugt zwischen -50K und +50K. The mixing temperature of the gas flow at the outlet of the heating zone corresponds to the required preheating temperature. The deviation from the nominal value is between -200 and + 200K, preferably between -100 and + 100K, more preferably between -50K and + 50K.
Das Verhältnis zwischen der Wärmekapazität des über die Seiteneinspeisung zugeführten Gases und der Wärmekapazität des edukthaltigen Gases im Zulauf der Produktionszone beträgt zwischen 0 und 5, bevorzugt zwischen 0 und 1 , besonders bevorzugt zwischen 0 und 0,5, ganz besonders bevorzugt zwischen 0 und 0, 1 . The ratio between the heat capacity of the gas fed in via the side feed and the heat capacity of the educt-containing gas in the feed of the production zone is between 0 and 5, preferably between 0 and 1, particularly preferably between 0 and 0.5, very particularly preferably between 0 and 0, 1 .
Als Anhaltswert wird vorteilhaft die Wärmekapazität des Gasstroms in der jeweiligen Zone gemäß der folgenden Beziehung ermittelt: As a guide, the heat capacity of the gas flow in each zone is advantageously determined according to the following relationship:
bei einer
Figure imgf000022_0001
at a
Figure imgf000022_0001
mittleren Temperatur zwischen der Zulauftemperatur und der Vorheiztemperatur. average temperature between the inlet temperature and the preheating temperature.
Ati isV- Dauer des Schrittes i Ati i s V- Duration of the step i
Die Laufvariable i kann folgende Bedeutung annehmen:„Produktionszone",„Wärmerückführ- zone".  The running variable i can assume the following meaning: "production zone", "heat recovery zone".
Während des Wärmeeintragsschrittes beträgt die auf das Volumen der Heizzone bezogene Wärmeleistung 0, 1 MW/m3 bis 50 MW/m3, bevorzugt von 0,5 MW/m3 bis 20 MW/m3, insbesondere von 1 MW/m3 bis 10 MW/m3. Beispielsweise wird der Wärmeeintrag auf eine oder mehrere Heizzonen verteilt, die entlang der Wärmerückführungszone installiert sind. Diese Variante ist in Figur 6 wiedergegeben. Die Anzahl der Seiteneinspeisungen wird vorteilhaft nach der folgenden Regel ermittelt: During the heat input step, the heat output related to the volume of the heating zone is 0, 1 MW / m 3 to 50 MW / m 3 , preferably from 0.5 MW / m 3 to 20 MW / m 3 , in particular from 1 MW / m 3 to 10 MW / m 3 . For example, the heat input is distributed to one or more heating zones installed along the heat recovery zone. This variant is shown in FIG. The number of page feeds is advantageously determined according to the following rule:
ninj = 1 + int (^a_ \ATad |) , wobei ninj = 1 + int (^ a_ \ AT ad |), where
ninj: Anzahl der Seiteneinspeisungen n inj : number of page feeds
int: Funktion: Ganzzahliger Anteil einer realen Zahl int: function: integer part of a real number
X Bei der geforderten Vorheiztemperatur erreichbarer Gleichgewichtsumsatz des Eduk- tes während der Produktionsphase.  X At the required preheating temperature achievable equilibrium conversion of the educt during the production phase.
ΔΤβ [K]: effektiver Temperaturhub innerhalb der Reaktionszone. ATeff entspricht der Differenz aus der geforderten Vorheiztemperatur und der Onsettemperatur der endothermen Reaktion. \ΔΤαά \ [K]: Absolutbetrag der adiabaten Temperaturveränderung der endothermen Reaktion (Definition s. http://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/1 1682/2350/1 /docu_FU. pdf Seite 31 ). ΔΤ β [K]: effective temperature elevation within the reaction zone. AT eff corresponds to the difference between the required preheat temperature and the onset temperature of the endothermic reaction. \ ΔΤ αά \ [K]: absolute value of the adiabatic temperature change of the endothermic reaction (for definition see http://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/1 1682/2350/1 / docu_FU, pdf page 31).
Für die Bestimmung der Position der Einspeisungen ist eine Längenskala maßgebend, die an- schaulich als„Wanderungsintervall einer thermischen Front" bezeichnet werden kann. Das Determining the position of the feeds is governed by a length scale, which can be clearly described as the "migration interval of a thermal front"
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001
cfxb ^j^-]: spezifische Wärmekapazität der Feststoffpackung in der Wärmerückführzone. c fxb ^ j ^ -]: specific heat capacity of the solid packing in the heat recovery zone.
At [s]-. Dauer des relevanten Zeitintervalls (in der Regel, Dauer des Speicherschrittes innerhalb des Zyklus). At [s] -. Duration of the relevant time interval (as a rule, duration of the storage step within the cycle).
Die Positionen der Seiteneinspeisungen werden vorteilhaft nach folgenden Regeln festgelegt: (i) Der Abstand der ersten Seiteneinspeisung vom Beginn des Regeneratorbettes in Strömungsrichtung während der Produktionsphase entspricht vorteilhaft dem Wanderungsintervall der thermischen Front während der Produktionsphase, (ii) Der Abstand zwischen aufeinanderfol- genden Seiteneinspeisungen entspricht vorteilhaft dem Wanderungsintervall der thermischen Front während der Produktionsphase. The positions of the side inlets are advantageously determined according to the following rules: (i) the distance of the first side feed from the beginning of the regenerator bed in the flow direction during the production phase corresponds favorably to the thermal front migration interval during the production phase, (ii) the distance between successive side feeds advantageous to the migration interval of the thermal front during the production phase.
Diese Variante ist besonders bevorzugt, wenn im Zyklus kein Spülschritt vorgesehen ist. Gegenüber der Anordnung der Heizzone zwischen der Produktionszone und der Wärmrückführ- zone wird ein kleinerer Seitenstrom benötigt, um die Wärme für den Speicherungsschritt einzu- tragen.  This variant is particularly preferred if no rinsing step is provided in the cycle. Compared with the arrangement of the heating zone between the production zone and the heat recovery zone, a smaller side stream is required to transfer the heat for the storage step.
Schritt„Speicherung" Step "storage"
Der produkthaltige Gasstrom wird im Schritt (c) in der Wärmerückführungszone über ein Festbett, z.B. eine Packung aus Feststoffpartikel und/oder strukturierten Regeneratoreinbauten, ge- leitet. Dabei wird der Gasstrom vorteilhaft abgekühlt und die Wärme in der Feststoffpackung gespeichert. Vorteilhaft wird ein Teil des Regeneratorbettes auf die geforderte Vorheiztemperatur für den Produktionsschritt aufgeheizt, vorteilhaft von 10 % bis 100% des Bettes, bevorzugt von 30 % bis 100%, besonders bevorzugt von 40 % bis 100%, insbesondere von 50 % bis 100% des Bettes. The product-containing gas stream is passed in step (c) in the heat recovery zone via a fixed bed, for example a packing of solid particles and / or structured regenerator internals. The gas stream is advantageously cooled and the heat stored in the solid packing. Advantageously, a portion of the regenerator bed is heated to the required preheat temperature for the production step, advantageously from 10% to 100% of the bed, preferably from 30% to 100%, more preferably from 40% to 100%, especially from 50% to 100% of the bed.
Der Wärmetransportwiderstand beim Wärmeaustausch zwischen dem Gas und dem Festbett im Regeneratorbett weist vorteilhaft eine Länge der Übertragungseinheiten oder Height-of-Transfer Units (HTU) von 0,01 bis 5 m, bevorzugt 0,02 bis 3 m, besonders bevorzugt von 0,05 bis 2 m, insbesondere von 0,1 bis 1 m auf. Die Definition der HTU wird übernommen von http://elib.uni- stuttgart.de/bitstream/1 1682/2350/1 /docu_FU. pdf Seite 74. The heat transfer resistance during heat exchange between the gas and the fixed bed in the regenerator bed advantageously has a length of the transfer units or height-of-transfer units (HTU) of 0.01 to 5 m, preferably 0.02 to 3 m, particularly preferably 0.05 up to 2 m, in particular from 0.1 to 1 m. The definition of HTU is taken from http: //elib.uni- stuttgart.de/bitstream/1 1682/2350/1 / docu_FU. pdf page 74.
Die Austrittstemperatur des produkthaltigen Storms aus dem Regeneratorbett variiert mit der Zeit innerhalb des Speicherschrittes. Typischerweise ist in der ersten Hälfte des Speicherschrittes der Anstieg der Austrittstemperatur weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10%, weiter be- vorzugt weniger als 5% bezogen auf die Differenz zwischen der Vorheiztemperatur und der Anfangstemperatur am Austritt der Wärmeübergangszone zu Beginn des Speicherschrittes. The exit temperature of the product-containing storm from the regenerator bed varies with time within the storage step. Typically, in the first half of the storage step, the exit temperature increase is less than 20%, preferably less than 10%, more preferably less than 5%, based on the difference between the preheat temperature and the start temperature at the exit of the heat transfer zone at the beginning of the storage step.
In der zweiten Hälfte des Speicherschrittes steigt die Austrittstemperatur kontinuierlich an. Die Differenz zwischen der Austrittstemperatur am Ende und zu Beginn des Speicherschrittes beträgt zwischen 1 % und 100%, bevorzugt zwischen 10% und 70%, weiter bevorzugt zwischen 20% und 50% der Differenz zwischen der Vorheiztemperatur und der Anfangstemperatur am Austritt der Wärmeübergangszone zu Beginn des Speicherschrittes. In the second half of the storage step, the outlet temperature rises continuously. The difference between the exit temperature at the end and at the beginning of the storage step is between 1% and 100%, preferably between 10% and 70%, more preferably between 20% and 50% of the difference between the preheat temperature and the initial temperature at the exit of the heat transfer zone at the beginning the storage step.
Vorteilhafte Feststoffpartikel für das Regeneratorbett sind Packungen aus Materialien, die chemisch inert in Bezug auf die Rückreaktion der jeweiligen endothermen Reaktion sind, z.B. kera- mischem Material. Als keramische Materialien sind vorteilhaft: keramische Werkstoffe gemäß DIN EN 60 672-3, insbesondere Alkali-Aluminiumsilikate, Magnesiumsilikate, Titanate, Erdalkali-Aluminiumsilikate, Aluminium- und Magnesiumsilikate, Mullit, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und/oder Zirkonoxid sowie nicht genormte keramische Hochleistungswerkstoffe, insbesondere Quarzglas, Siliciumcarbid, Borcarbid. Advantageous solid particles for the regenerator bed are packages of materials which are chemically inert with respect to the reverse reaction of the particular endothermic reaction, e.g. ceramic material. As ceramic materials are advantageous: ceramic materials according to DIN EN 60 672-3, in particular alkali aluminum silicates, magnesium silicates, titanates, alkaline earth aluminum silicates, aluminum and magnesium silicates, mullite, alumina, magnesia and / or zirconia and non-standard high performance ceramic materials, in particular Quartz glass, silicon carbide, boron carbide.
Vorteilhafte Packungsformen für das Regeneratorbett sind (i) regellose Packung von Formkörpern, z.B. Kugeln, Zylinder, Ringe, Sättel usw., (ii) strukturierte Packung von Monolithen, z.B. Wabenkörper, feuerfeste Steine, (iii) strukturierte Packung aus profilierten Plattenpaketen („Ha- sche-Tiles" siehe US 2,815,198). Im Schritt (c) sind die Ausbeuteverluste des gasförmigen Produktes von Gas-Feststoffreaktionen, beispielsweise des Wasserstoffs aus der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen, vorteilhaft kleiner als 10%, kleiner als 5%, insbesondere kleiner als 0,5%. Diese vorteilhafte Eigenschaft resultiert aus der Trennung zwischen dem gasförmigen und dem festen Reaktionsprodukt auf dem höchsten Temperaturniveau in der Produktionszone. Somit fehlt während der Abkühlung in einer chemisch inerten keramischen Packung der Reaktionspartner für die Rückreaktion. Vorteilhaft laufen der Speicherungsschritt zeitlich synchron mit den Schritten„Produktion" und / oder„Spülen" in der Produktionszone und mit dem Schritt„Wärmeeintrag" in der Heizzone ab. Wenn kein Spülschritt im Zyklus vorgesehen ist, findet vorteilhaft der Wärmeeintrag in der Heizzone während Produktionsschrittes statt (Figur 3 und Figur 6). Andernfalls findet der Wärmeein- trag vorteilhaft in der Heizzone zeitgleich mit dem Spülschritt in der Produktionszone statt (siehe Figur 4 und Figur 5). Der Speicherschritt in der Wärmerückführzone dauert vorteilhaft genauso lange wie der Produktionsschritt und der Spülschritt zusammen. Advantageous packing forms for the regenerator bed are (i) random packing of shaped articles, eg balls, cylinders, rings, saddles etc., (ii) structured packing of monoliths, eg honeycomb bodies, refractory bricks, (iii) structured packing of profiled plate packs ("Ha In step (c), the yield losses of the gaseous product of gas-solid reactions, for example of the hydrogen from the pyrolysis of hydrocarbons, are advantageously less than 10%, less than 5%, in particular less than 0 , 5% This advantageous property results from the separation between the gaseous and the solid reaction product at the highest temperature level in the production zone Thus, during the cooling in a chemically inert ceramic packing, the reaction partner for the reverse reaction is absent. Advantageously, the storage step takes place synchronously with the steps of "production" and / or "rinsing" in the production zone and with the step "heat input" in the heating zone If no rinsing step is provided in the cycle, the heat input in the heating zone advantageously takes place during the production step Otherwise, the heat input advantageously takes place in the heating zone at the same time as the rinsing step in the production zone (see Figure 4 and Figure 5.) The storage step in the heat recovery zone advantageously takes as long as the production step and Rinse step together.
Das Verhältnis zwischen der Wärmekapazität des während des Speicherschrittes über das Re- generatorbett geleiteten Gases und der Summe der Wärmekapazitäten der Gase, die während des Produktionsschrittes und ggf. während des Spülschrittes in das Produktionsbett und in die Heizzone eingeleitet werden, beträgt zwischen 0,5 und 2, bevorzugt zwischen 0,8 und 1 ,2. The ratio between the heat capacity of the gas passed through the retort bed during the storage step and the sum of the heat capacities of the gases introduced into the production bed and into the heating zone during the production step and optionally during the purge step is between 0.5 and 2, preferably between 0.8 and 1.2.
Die Regenerationsphase: The regeneration phase:
In der Regenerationsphase wird vorteilhaft der Zulauf umgeschaltet von edukthaltigem Gas in die Produktionszone auf ein Regenerationsgas in die Wärmerückführungszone. Das Regenerationsgas wird vorteilhaft in entgegengesetzter Richtung zum edukthaltigen-und produkthaltigen Strom, insbesondere Kohlenwasserstoffstrom, durch den Reaktor geleitet wird. In the regeneration phase of the feed is advantageously switched from edukthaltigem gas in the production zone to a regeneration gas in the heat recovery zone. The regeneration gas is advantageously passed through the reactor in the opposite direction to the educt-containing and product-containing stream, in particular hydrocarbon stream.
Dieses Regenerationsgas ist z.B. ein inertes Gas und/oder ein gasförmiges Produkt der Reak- tion aus Schritt a) und/oder ein Gasgemisch aus der weiteren Prozesskette/Prozessumgebung (siehe Beispiel), beispielsweise - im Fall der Methanpyrolyse - das Spülgas der Druckwechseladsorption zur Wasserstoffreinigung. Als Regenerationsgas wird vorzugsweise Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf und/oder Argon oder ein Gemisch dieser Komponenten eingesetzt. This regeneration gas is e.g. an inert gas and / or a gaseous product of the reaction from step a) and / or a gas mixture from the further process chain / process environment (see example), for example - in the case of methane pyrolysis - the purge gas of pressure swing adsorption for hydrogen purification. The regeneration gas used is preferably nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor and / or argon or a mixture of these components.
Während der Regenerationsphase laufen im Wesentlichen zwei Schritte ab: (i) Die Freisetzung von Wärme im Regeneratorbett und (ii) das Aufheizen des Produktionsbettes. During the regeneration phase essentially two steps take place: (i) the release of heat in the regenerator bed and (ii) the heating of the production bed.
Freisetzung: Release:
Das Regenerationsgas nimmt vorteilhaft in der Wärmerückführungszone Wärme auf. Das Regenerationsgas weist vorteilhaft eine Zulauftemperatur in die Wärmerückführungszone vorteilhaft von -150°C bis 750°C, bevorzugt von -75°C bis 600°C, besonders bevorzugt von 4°C bis 400°C, insbesondere von 20°C bis 250°C auf. Die Zulauftemperatur ist möglichst nahe an der Umgebungstemperatur, d.h. im Temperaturbereich zwischen -20°C und 150°C. Dies ist analog der Zulauftemperatur für das edukthaltige Gas. The regeneration gas advantageously absorbs heat in the heat recovery zone. The regeneration gas advantageously has an inlet temperature in the heat recovery zone, advantageously from -150 ° C to 750 ° C, preferably from -75 ° C to 600 ° C, more preferably from 4 ° C to 400 ° C, in particular from 20 ° C to 250 ° C on. The inlet temperature is as close as possible to the ambient temperature, i. in the temperature range between -20 ° C and 150 ° C. This is analogous to the inlet temperature for the educt-containing gas.
Der Gasstrom des Regenerationsgases weist vorteilhaft eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,001 bis 20 m/s, bevorzugt von 0,01 bis 10 m/s, weiter bevorzugt von 0,05 bis 5 m/s, insbesondere von 0,1 bis 2 m/s auf. Das Regenerationsgas weist vorteilhaft eine Austrittstemperatur aus der Wärmerückführungszone von 900 bis 2000°C, bevorzugt von 1 100 bis 1900°C, besonders bevorzugt von 1300 bis 1800°C, insbesondere von 1400 bis 1700°C auf. Das Regenerationsgas wird aus der Wärmerückführzone über die Heizzone in die Produktionszone geleitet. In der Regenerationsphase ist ein möglicher Wärmeintrag in der Heizzone mit einer auf das Volumen der Heizzone bezogenen Wärmeleistung vorteilhaft kleiner als 100kW/m3. Bevorzugt ist die Heizzone während der Regenerationsphase im Leerlauf, d.h. inaktiv; es findet vorteilhaft kein Wärmeeintrag statt. The gas flow of the regeneration gas advantageously has a flow rate of 0.001 to 20 m / s, preferably from 0.01 to 10 m / s, more preferably from 0.05 to 5 m / s, in particular from 0.1 to 2 m / s , The regeneration gas advantageously has an exit temperature from the heat recovery zone of 900 to 2000 ° C, preferably from 1100 to 1900 ° C, more preferably from 1300 to 1800 ° C, in particular from 1400 to 1700 ° C. The regeneration gas is passed from the heat recovery zone via the heating zone into the production zone. In the regeneration phase, a possible heat input in the heating zone with a heat output related to the volume of the heating zone is advantageously less than 100kW / m 3 . Preferably, the heating zone during the regeneration phase is idle, ie inactive; There is advantageously no heat input.
Alternativ kann während der Regenerationsphase optional ein oxidationsmittelhaltiges Gas und ein Brenngas, z.B. Erdgas oder ein energiereiches Spülgas, in die Heizzone eingeleitet werden. Die Verbrennung kann vorteilhaft die Temperatur des Regenerationsgases um 0 bis 800K, bevorzugt 0 bis 500K, besonders bevorzugt 0 bis 300K, insbesondere 0 bis 100K anheben. Alternatively, during the regeneration phase, an oxidant-containing gas and a fuel gas, e.g. Natural gas or a high-energy purge gas, are introduced into the heating zone. The combustion can advantageously raise the temperature of the regeneration gas by 0 to 800K, preferably 0 to 500K, more preferably 0 to 300K, in particular 0 to 100K.
Das Verhältnis zwischen der Wärmekapazität des während der Wärmefreisetzung in das Regeneratorbett zugeführten Gases und des während des Wärmespeicherung in das Regeneratorbett zugeführten Gases beträgt zwischen 0,5 und 2, bevorzugt zwischen 0,8 und 1 ,2. The ratio between the heat capacity of the gas supplied to the regenerator bed during the heat release and the gas supplied to the regenerator bed during heat storage is between 0.5 and 2, preferably between 0.8 and 1.2.
Aufheizen: Warm up:
Während der Regenerationsphase findet in der Produktionszone vorteilhaft ein Wärmeaustausch zwischen dem Regenerationsgas und den Feststoffpartikeln im Produktionsbett statt. Dabei wird der Gasstrom des Regenerationsgases vorteilhaft abgekühlt und die Wärme in den Feststoffpartikeln gespeichert. Hiermit wird vorteilhaft die darauffolgende Produktionsphase versorgt, d.h. das Produktionsbett auf die geforderte Vorheiztemperatur eingestellt. Das Regenera- tionsgas kann vorteilhaft im Kreis gefahren werden. During the regeneration phase, heat exchange between the regeneration gas and the solid particles in the production bed advantageously takes place in the production zone. In this case, the gas flow of the regeneration gas is advantageously cooled and the heat stored in the solid particles. This advantageously provides for the subsequent production phase, i. set the production bed to the required preheating temperature. The regeneration gas can advantageously be driven in a circle.
Die Austrittstemperatur des Regenerationsgases aus dem Produktionsbett variiert mit der Zeit innerhalb der Phase. Typischerweise ist in der ersten Hälfte des Aufheizschrittes der Anstieg der Austrittstemperatur weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10%, weiter bevorzugt weniger als 5% bezogen auf die Differenz zwischen der Vorheiztemperatur und der Anfangstemperatur am Austritt der Produktionszone zu Beginn des Aufheizschrittes.  The exit temperature of the regeneration gas from the production bed varies with time within the phase. Typically, in the first half of the heating step, the exit temperature increase is less than 20%, preferably less than 10%, more preferably less than 5%, based on the difference between the preheat temperature and the initial temperature at the exit of the production zone at the beginning of the heating step.
In der zweiten Hälfte des Aufheizschrittes steigt die Austrittstemperatur kontinuierlich an. Die Differenz zwischen der Austrittstemperatur am Ende und zu Beginn des Aufheizschrittes beträgt zwischen 1 % und 100%, bevorzugt zwischen 10% und 70%, weiter bevorzugt zwischen 20% und 50% der Differenz zwischen der Vorheiztemperatur und der Anfangstemperatur am Austritt der Produktionszone zu Beginn des Aufheizschrittes.  In the second half of the heating step, the outlet temperature rises continuously. The difference between the outlet temperature at the end and at the beginning of the heating step is between 1% and 100%, preferably between 10% and 70%, more preferably between 20% and 50% of the difference between the preheat temperature and the initial temperature at the exit of the production zone at the beginning the heating step.
Falls das Produktionsbett ein Katalysatorbett beinhaltet, kann vorteilhaft in der Regenerationsphase das Katalysatorbett von Ablagerungen befreit werden, die z.B. eine reversible Deaktivie- rung verursachen. Dies kann durch eine Aufheizung und ggf. durch ein Einstellen einer geeigneten Atmosphäre, z.B. Wasserdampfgehalt, um Koksablagerungen zu vergasen oder z.B. Sauerstoff, um Koksablagerungen zu verbrennen, erreicht werden. Vorteilhaft laufen der Aufheizschritt im Produktionsbett und der Schritt„Wärmefreisetzung" in der Wärmerückführungszone synchron ab, d.h. beide Schritte werden zum gleichen Zeitpunkt gestartet und dauern gleich lange. Das Verhältnis zwischen der Wärmekapazität des während des Aufheizens über das Produktionsbett zugeführten Gases und des während des Wärmefreisetzung in das Regeneratorbett zugeführten Gases beträgt zwischen 0,5 und 2, bevorzugt zwischen 0,8 und 1 ,2. If the production bed contains a catalyst bed, advantageously in the regeneration phase, the catalyst bed can be freed from deposits which, for example, cause a reversible deactivation. This can be achieved by heating and optionally by adjusting a suitable atmosphere, eg water vapor content, to gasify coke deposits or, for example, oxygen to burn coke deposits. Advantageously, the heat-up step in the production bed and the heat-release step in the heat-recovery zone are synchronized, ie, both steps are started at the same time and last the same amount of heat in the regenerator bed gas supplied is between 0.5 and 2, preferably between 0.8 and 1.2.
Weitere Schritte: Further steps:
Optional können weitere Schritte in den Zyklus integriert werden, beispielsweise: (i) Einfüllen von frischen Feststoffpartikeln in das Produktionsbett und/oder Entleeren des festen Produktes aus dem Produktionsbett, (ii) Ausschub, wobei der Gasinhalt des Reaktors ausgetauscht wird, um eine Kontamination der Prozessgase in den einzelnen Schritten zu vermeiden. Schritt: Feststoff einfüllen / entleeren Optionally, further steps may be integrated into the cycle, for example: (i) introducing fresh solid particles into the production bed and / or emptying the solid product from the production bed, (ii) discharging, exchanging the gas content of the reactor to avoid contamination of the product Avoid process gases in the individual steps. Step: Fill / empty solids
Bezüglich der Feststoffpartikel im Produktionsbett kann der Prozess vorteilhaft (quasi-)kontinu- ierlich oder diskontinuierlich (batch) ausgeführt werden.  With regard to the solid particles in the production bed, the process can advantageously be carried out (quasi) continuously or batchwise.
Bei der quasikontinuierlichen Fahrweise wird vorteilhaft innerhalb jedes Zyklus ein Teil des Feststoffs (festes Produkt, verbrauchter Kontakt, deaktivierter Katalysator) aus dem Produktionsbett abgezogen und frischer Feststoff (Träger, Kontakt oder Katalysator) in das Produktionsbett eingefüllt, so dass im zyklisch stationären Betriebszustand die Menge an Feststoff, die Zusammensetzung und die Partikelgrößenverteilung im Produktionsbett zu Beginn von zwei aufeinander folgenden Zyklen vorteilhaft identisch sind. In the quasi-continuous procedure advantageously within each cycle, a portion of the solid (solid product, spent contact, deactivated catalyst) withdrawn from the production bed and fresh solid (carrier, contact or catalyst) filled in the production bed, so that in the cyclically stationary operating state, the amount solids, composition and particle size distribution in the production bed are advantageously identical at the beginning of two consecutive cycles.
Das Einfüllen und das Entleeren von Feststoff kann vorteilhaft entweder kontinuierlich oder getaktet durchgeführt werden. The filling and emptying of solid can advantageously be carried out either continuously or clocked.
Bei der diskontinuierlichen Fahrweise wird vorteilhaft ein Feststoff vorgelegt und über mehrere Zyklen hinweg weder nachgefüllt noch abgezogen. Vorteilhaft beträgt die Batch-Zeit zwischen einem Zyklus und 100000 Zyklen, bevorzugt zwischen einem Zyklus und 1000 Zyklen, besonders bevorzugt zwischen einem Zyklus und 100 Zyklen. Nach Ablauf der Batch-Zeit kann der Feststoff (festes Produkt, verbrauchter Kontakt, deaktivierter Katalysator) vollständig oder teilweise entleert und frischer Feststoff (Träger, Kontakt oder Katalysator) eingefüllt werden. In the batchwise procedure advantageously a solid is presented and over several cycles away neither refilled nor deducted. Advantageously, the batch time is between one cycle and 100,000 cycles, preferably between one cycle and 1,000 cycles, more preferably between one cycle and 100 cycles. After the batch time has elapsed, the solid (solid product, spent contact, deactivated catalyst) can be completely or partially emptied and fresh solid (carrier, contact or catalyst) introduced.
Die relative Dauer für das Einfüllen / Entleeren des Feststoffs, bezogen auf die Dauer einer vollen Periode, beträgt vorteilhaft zwischen 0 und 100%, bevorzugt zwischen 0% und 50%, besonders bevorzugt zwischen 0% und 25%. Vorteilhaft laufen das Einfüllen / Entleeren des Feststoffs zeitlich synchron mit den Schritten „Halten" und / oder„Aufheizen" und / oder„Ausschub" und / oder„Produktion" und / oder„Spülen" ab. Schritt: Ausschub The relative duration for the filling / emptying of the solid, based on the duration of a full period, is advantageously between 0 and 100%, preferably between 0% and 50%, particularly preferably between 0% and 25%. Advantageously, the filling / emptying of the solids take place synchronously with the steps "hold" and / or "heat up" and / or "ejection" and / or "production" and / or "rinsing". Step: Extend
Vorteilhaft findet der Ausschub des Gas-Holdups in jedem Zyklus statt. Der Ausschubschritt wird optional zu Beginn und / oder am Ende der Produktionsphase ausgeführt. Falls der Ausschub zu Beginn der Produktionsphase stattfindet, wird vorteilhafterweise der Reaktor in dersel- ben Strömungsrichtung wie während der Regenerationsphase durchströmt. Falls der Ausschub am Ende der Produktionsphase stattfindet, wird vorteilhafterweise der Reaktor in derselben Strömungsrichtung wie während der Produktionsphase durchströmt.  Advantageously, the extension of the gas holdup takes place in each cycle. The ejection step is optionally carried out at the beginning and / or at the end of the production phase. If the discharge takes place at the beginning of the production phase, the reactor is advantageously flowed through in the same flow direction as during the regeneration phase. If the discharge takes place at the end of the production phase, the reactor is advantageously flowed through in the same flow direction as during the production phase.
Das Gas im Zulauf kann Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserdampf, Stickstoff, Argon oder ein Gemisch dieser Gase enthalten. The gas in the feed may contain hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, nitrogen, argon or a mixture of these gases.
Die Zulauftemperatur des Gasstroms während des Ausschubschrittes beträgt vorteilhaft -150 bis 750 °C, bevorzugt -75 bis 600 °C, besonders bevorzugt 4 bis 400 °C, insbesondere 20 bis 250 °C. The feed temperature of the gas stream during the Ausschubschrittes is advantageously -150 to 750 ° C, preferably -75 to 600 ° C, more preferably 4 to 400 ° C, in particular 20 to 250 ° C.
Der Gasstrom weist während des Ausschubschrittes vorteilhaft eine Strömungsgeschwindigkeit in der Produktionszone von 0,001 bis 20 m/s, bevorzugt von 0,01 bis 10 m/s, weiter bevorzugt von 0,05 bis 5 m/s, insbesondere von 0,1 bis 2 m/s. Das Volumen des während des Ausschubschrittes in den Reaktor zugeführten Gases beträgt vorteilhaft das einfache bis tausendfache, bevorzugt das doppelte bis hundertfache, besonders bevorzugt das fünffache bis zehnfache des Reaktorvolumens. Dabei entspricht das Gasvolumen dem Volumen beim Eintrittsdruck und bei der Zulauftemperatur während des Ausschubschrittes. During the discharge step, the gas stream advantageously has a flow rate in the production zone of 0.001 to 20 m / s, preferably from 0.01 to 10 m / s, more preferably from 0.05 to 5 m / s, in particular from 0.1 to 2 m / s. The volume of the gas introduced into the reactor during the discharge step is advantageously from 1 to 1000 times, preferably from 2 times to 100 times, more preferably from 5 to 10 times, the reactor volume. The gas volume corresponds to the volume at the inlet pressure and at the inlet temperature during the ejection step.
Die relative Dauer des Ausschubschrittes, bezogen auf die Dauer einer vollen Periode beträgt vorteilhaft zwischen 0 und 10%. The relative duration of the Ausschubschrittes, based on the duration of a full period is advantageously between 0 and 10%.
Die Feststoff packung in der Produktionszone kann analog zum Produktionsschritt und zum Spülschritt während des Ausschubschrittes unterschiedliche Fluidisierungszustände aufweisen, wenn sie in derselben Strömungsrichtung wie während der Produktionsphase durchströmt wird: vorteilhaft ein Wanderbett oder ein Wirbelbett, bevorzugt ein Wirbelbett. The solid packing in the production zone can have different fluidization states analogous to the production step and the rinsing step during the ejection step, if it is flowed through in the same flow direction as during the production phase: advantageously a moving bed or a fluidized bed, preferably a fluidized bed.
Wenn die Feststoffpackung in der Produktionszone während des Ausschubschrittes in derselben Strömungsrichtung wie während der Regenerationsphase durchströmt wird, kann sie ein- Wanderbett ausbilden. If the solid packing is flowed through in the production zone during the discharge step in the same flow direction as during the regeneration phase, it can form a moving bed.
Vorteilhaft laufen der Ausschubschritt zeitlich synchron mit den Schritten„Speicherung" (gleiche Strömungsrichtung des Edukts) oder„Freisetzung" (umgekehrte Strömungsrichtung des Edu- kts). Schritt: Halten The ejection step advantageously proceeds in synchronism with the steps "storage" (same flow direction of the educt) or "release" (reverse flow direction of the educt). Keep pace
Der Halteschritt wird optional zu Beginn und / oder am Ende der Produktionsphase ausgeführt. Dabei wird vorteilhaft die Durchströmung des Produktionsbettes mit Gas unterbrochen. Die relative Dauer des Halteschrittes, bezogen auf die Dauer einer vollen Periode beträgt vorteilhaft zwischen 0 und 50%, bevorzugt zwischen 0 und 10%.  The holding step is optionally carried out at the beginning and / or at the end of the production phase. In this case, the flow through the production bed is advantageously interrupted by gas. The relative duration of the holding step, based on the duration of a full period, is advantageously between 0 and 50%, preferably between 0 and 10%.
Vorteilhaft läuft der Halteschritt zeitlich synchron mit dem Schritt„Freisetzung" in der Wärmerückführungszone und / oder mit dem Schritt„Ausschub/Einfüllen" in der Produktionszone ab. Advantageously, the holding step takes place synchronously with the step "release" in the heat recovery zone and / or with the step "discharge / filling" in the production zone.
Allgemeine Details: General details:
Bei der Auslegung der Zyklen sind vorteilhaft u.a. folgende Regeln zu befolgen:  In the design of the cycles are advantageous u.a. following rules:
1 . Das Verhältnis zwischen der Wärmekapazität der Gase, die während der Regenerationsphase durch das Produktionsbett strömen und der Wärmekapazität der Gase, die während der Produktionsphase durch das Produktionsbett strömen, liegt vorteilhaft zwischen 0,5 und 2, bevorzugt zwischen 0,7 und 1 ,5 besonders bevorzugt zwischen 0,9 und 1 , 1 .  1 . The ratio between the heat capacity of the gases which flow through the production bed during the regeneration phase and the heat capacity of the gases which flow through the production bed during the production phase is advantageously between 0.5 and 2, preferably between 0.7 and 1.5 preferably between 0.9 and 1, 1.
2. Das Verhältnis der Wärmekapazitäten der Gasströme, die während des Produktionsschrittes und während des Spülschrittes durch den Reaktor strömen, muss ungefähr der folgenden Regel entsprechen:  2. The ratio of the heat capacities of the gas streams which flow through the reactor during the production step and during the purging step must correspond approximately to the following rule:
\ATad \ , wobei \ AT ad \, where
Cprod ^eff  Cprod ^ eff
Cspül |j-J : Wärmekapazität des Gases während Spülschrittes C purge | jJ: Heat capacity of the gas during the purge step
Fl : Wärmekapazität des Gases während Produktionsschrittes  Fl: Heat capacity of the gas during the production step
Xeq [%] '■ Bei der geforderten Vorheiztemperatur erreichbarer Gleichgewichtsumsatz des Eduktes während der Produktionsphase. X e q [%] '■ At the required preheating temperature achievable equilibrium conversion of the educt during the production phase.
ΔΤβ [K] : effektiver Temperaturhub innerhalb der Reaktionszone. Ύβ{{ entspricht der Differenz aus der geforderten Vorheiztemperatur und der Onsettemperatur der endothermen Reaktion. ΔΤ β [K]: effective temperature elevation within the reaction zone. Ύ β {{ is the difference between the required preheat temperature and the onset temperature of the endothermic reaction.
\ΔΤαά \ [K] : Absolutbetrag der adiabaten Temperaturveränderung der endothermen Re- aktion (Definition s. http://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/1 1682/2350/1/docu_FU.pdf Seite\ ΔΤ αά \ [K]: absolute value of the adiabatic temperature change of the endothermic reaction (for definition see http://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/1 1682/2350/1 / docu_FU.pdf page
31 ). 31).
Der Druck im Reaktor kann optional während der einzelnen Phasen der Zyklen variiert werden. Folgende Varianten sind vorteilhaft: (i) Produktionsphase bei hohem Druck von vorteilhaft 2 bis 60 bar, bevorzugt 3 bis 50 bar, besonders bevorzugt 5 bis 40 bar, insbesondere 10 bis 30 bar, und Regenerationsphase bei niedrigem Druck von vorteilhaft Umgebungsdruck bis Druck der Produktionsphase. In diesem Fall sprechen wir von einer Druckwechselfahrweise. Wenn die Produktionsphase und die Regenerationsphase unterschiedliche Drücke aufweisen, werden das Produktionsgas und das Regenerationsgas vorteilhaft in zwei getrennten Kreisläufen ge- führt, (ii) Produktions- und Regenerationsphase bei hohem Druck von vorteilhaft 2 bis 60 bar, bevorzugt 3 bis 50 bar, besonders bevorzugt 5 bis 40 bar, insbesondere 10 bis 30 bar. Bei einer Druckwechselfahrweise erfolgt das Einfüllen des Feststoffs (Träger, Kontakt oder Katalysator) vorteilhaft bei niedrigem Druck, insbesondere bei von vorteilhaft 1 bis 10 bar absolut, bevorzugt 1 bis 6 bar absolut, besonders bevorzugt 1 bis 4 bar absolut. The pressure in the reactor can optionally be varied during the individual phases of the cycles. The following variants are advantageous: (i) Production phase at high pressure of advantageously 2 to 60 bar, preferably 3 to 50 bar, particularly preferably 5 to 40 bar, in particular 10 to 30 bar, and regeneration phase at low pressure of advantageously ambient pressure to pressure of the production phase , In this case, we speak of a pressure swing mode. If the production phase and the regeneration phase have different pressures, the production gas and the regeneration gas are advantageously carried out in two separate cycles, (ii) production and regeneration phase at high pressure of advantageously 2 to 60 bar, preferably 3 to 50 bar, particularly preferred 5 to 40 bar, in particular 10 to 30 bar. In a pressure swing mode, the filling of the solid takes place (carrier, contact or catalyst) advantageous at low pressure, in particular from preferably 1 to 10 bar absolute, preferably 1 to 6 bar absolute, more preferably 1 to 4 bar absolute.
Der Reaktor kann vorteilhaft aus dem kalten Zustand angefahren werden, indem ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Argon dem Reaktor zugeführt wird und dabei periodisch in Zeitintervallen von 1 Minute bis 100 Minuten, bevorzugt von 2 Minuten bis 50 Minuten, besonders bevorzugt von 5 Minuten bis 20 Minuten die Strömungsrichtung durch den Reaktor umgekehrt wird. Gleichzeitig wird vorteilhaft der Wärmeeintrag in der Heizzone aktiviert. Die Anfahrphase dauert vorteilhaft zwischen 1 und 100 Zyklen, bevorzugt zwischen 5 und 20 Zyklen. Nach dieser Anfahrphase wird der Prozess auf die bestimmungsgemäße Fahrweise umgeschaltet. The reactor can advantageously be started from the cold state by feeding an inert gas, for example nitrogen or argon, to the reactor, periodically at intervals of from 1 minute to 100 minutes, preferably from 2 minutes to 50 minutes, more preferably from 5 minutes to 20 minutes Minutes the direction of flow through the reactor is reversed. At the same time, the heat input in the heating zone is advantageously activated. The start-up phase advantageously lasts between 1 and 100 cycles, preferably between 5 and 20 cycles. After this start-up phase, the process is switched over to the intended driving style.
Reaktor reactor
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner einen strukturierten Reaktor enthaltend drei Zonen, eine Produktionszone beinhaltend eine Packung aus Feststoffpartikel, eine Heizzone und eine Wärmerückführungszone beinhaltend ein Festbett, z.B. eine regellose Packung von Formkörpern oder eine strukturierte Packung aus Monolithen oder profilierten Platten, wobei die Packung aus Feststoffpartikeln und das Festbett aus unterschiedlichen Materialien bestehen und Feststoffpartikel während des Reaktorbetriebs einfüllbar und ausschleusbar sind. Die Heizzone kann in der Verbindung oberhalb der Produktions- und der Wärmerückführungszone angeordnet werden (Figur 1 ). Bei dieser Bauweise ist die Heizzone von oben direkt zugänglich. Dadurch können die erforderlichen Vorrichtungen für die Dosierung und Verteilung des Seitenstroms während des Wärmeeintragschrittes über die eine Stirnseite des Reaktors installiert werden.  The present invention further comprises a structured reactor containing three zones, a production zone containing a packing of solid particles, a heating zone and a heat recovery zone comprising a fixed bed, e.g. a random packing of moldings or a structured packing of monoliths or profiled sheets, wherein the pack of solid particles and the fixed bed consist of different materials and solid particles can be filled and discharged during the reactor operation. The heating zone may be located in the connection above the production and heat recovery zones (Figure 1). In this construction, the heating zone is directly accessible from above. Thereby, the required devices for the metering and distribution of the side stream during the heat introduction step can be installed over the one end of the reactor.
Zwischen der Heizzone und der Wärmerückführungszone kann vorteilhaft ein Heißgasfilter, beispielsweise aus Siliciumcarbid installiert werden. In diesem Filter werden vorteilhaft mit dem Produktstrom mitgerissene Feststoffpartikel, z.B. Kohlenstoffpartikel, zurückgehalten und verbrannt oder vergast. Während der Regenerationsphase wird der Filter vorteilhaft rückgespült und dadurch seine zuverlässige Funktion gewährleistet. Between the heating zone and the heat recovery zone can advantageously be installed a hot gas filter, for example made of silicon carbide. In this filter, advantageously solid particles entrained with the product stream, e.g. Carbon particles, retained and burned or gassed. During the regeneration phase, the filter is advantageously backwashed, thereby ensuring its reliable function.
Die Produktionszone kann zusätzlich zur regellosen Partikelschüttung, die das Produktionsbett bildet, vorteilhaft mit einem Wärmespeicher aus Monolithen ausgestattet werden. Das Verhältnis der Kanalweite der Monolithe zur Korngröße der Partikeln ist vorteilhaft zwischen 10 und 100, bevorzugt zwischen 20 und 50. Die Monolithe können vorteilhaft aus temperaturbeständiger Keramik oder aus Kohlenstoff bestehen. Die Monolithe können vorteilhaft die Produktionszone auf der gesamten Länge oder zonenweise ausfüllen. Die Kanalweite der Monolithen ist vorteilhaft zwischen 2 bis 100 mm, bevorzugt 5 bis 50 mm. Die Produktionszone, die Heizzone und die Wärmerückführungszone können vorteilhaft vertikal in einer Linie angeordnet werden (Figur 2). Dimensionierung The production zone can be advantageously equipped with a monolith heat storage in addition to the random particle bed that forms the production bed. The ratio of the channel width of the monoliths to the particle size of the particles is advantageously between 10 and 100, preferably between 20 and 50. The monoliths may advantageously consist of temperature-resistant ceramic or of carbon. The monoliths can advantageously fill the production zone over the entire length or in zones. The channel width of the monoliths is advantageously between 2 to 100 mm, preferably 5 to 50 mm. The production zone, the heating zone and the heat recovery zone can advantageously be arranged vertically in a line (FIG. 2). dimensioning
Der erfindungsgemäße Reaktor kann beispielsweise als Schachtreaktor ausgestaltet sein. Jeder Schacht hat vorteilhaft eine Länge von 0,5m bis 50m, bevorzugt von 1 m bis 20m, besonders bevorzugt von 2m bis 20m. Der Strömungsquerschnitt der Schächte beträgt vorteilhaft zwi- sehen 0,0005m2 und 100m2, bevorzugt zwischen 0,005m2 und 50m2. Das Produktionsbett nimmt vorteilhaft mehr als 50%, bevorzugt mehr als 70% der gesamten Höhe des Schachts in der Produktionszone ein. Das Regeneratorbett nimmt mehr als 50%, bevorzugt mehr als 70% der gesamten Höhe des Schachts in der Wärmerückführungszone ein. The reactor according to the invention can be designed, for example, as a shaft reactor. Each shaft advantageously has a length of 0.5m to 50m, preferably from 1m to 20m, more preferably from 2m to 20m. The flow cross section of the shafts is advantageously between 0.0005m 2 and 100m 2 , preferably between 0.005m 2 and 50m 2 . The production bed advantageously occupies more than 50%, preferably more than 70% of the total height of the shaft in the production zone. The regenerator bed occupies more than 50%, preferably more than 70%, of the total height of the well in the heat recovery zone.
Der Schachtreaktor wird vorteilhaft feuerfest ausgekleidet und thermisch isoliert. The shaft reactor is advantageously lined fireproof and thermally insulated.
Die Tabelle zeigt die Leistungskenndaten unterschiedlicher Verfahrensvarianten für den Fall der Methanpyrolyse. Daraus leiten sich spezifische Vor- und Nachteile ab. The table shows the performance characteristics of different process variants for the case of methane pyrolysis. This leads to specific advantages and disadvantages.
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Betriebsweisen: Modes of operation:
Der erfindungsgemäße Reaktor kann vorteilhaft in einem Zweischrittbetrieb mit Heißgaseinspei- sung (Figur 3b) betrieben werden: The reactor according to the invention can advantageously be operated in a two-step operation with hot gas feed (FIG. 3b):
Produktionsphase Regenerationsphase Production phase regeneration phase
1 . Schritt 2. Schritt  1 . Step 2. Step
Produktionsbett Produktion Aufheizung  Production bed production heating up
Heizzone Wärmeeintrag Leerlauf  Heating zone heat input idle
Regeneratorbett Speicherung Freisetzung Der Begriff„Zweischrittbetrieb" bezieht sich auf die Anzahl der Schritte in der Produktionsphase innerhalb eines Zyklus, wobei die Schritte Ausschub, Halten und Feststoff einfüllen und entleeren nicht berücksichtigt sind. Im ersten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett die Produktion statt, während parallel in der Heizzone ein Wärmeeintrag erfolgt und im Regeneratorbett die Speicherung stattfindet. Im zweiten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett die Aufheizung statt, während im Regeneratorbett die Freisetzung stattfindet. Vor- und Nachteile des Zweischrittbetriebs sind abgekürzt folgende: Regenerator bed storage release The term "two-step operation" refers to the number of steps in the production phase within a cycle, with the steps of dumping, holding, and filling and draining solids not being taken into account In the first step, production advantageously takes place in the production bed while in parallel in the heating zone In the second step, the heating takes place advantageously in the production bed, while the release takes place in the regenerator bed.The advantages and disadvantages of the two-step operation are abbreviated as follows:
+ Einfache Konfiguration für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,  + Simple configuration for carrying out the method according to the invention,
o Moderate Temperaturgradienten. o Moderate temperature gradients.
Keine vollständige Wärmerückführung realisierbar.  No complete heat recovery feasible.
Ein auf dem Niveau der Vorheiztemperatur aufgeheizter gasförmiger Wärmeträger muss mit dem doppelten bis fünffachen Volumenstrom des Eduktstroms in die Heizzone eingespeist werden.  A gaseous heat transfer medium heated to the level of the preheating temperature must be fed into the heating zone with twice to five times the volume flow of the reactant stream.
- Verdünnung des Produktstroms durch den gasförmigen Wärmeträger.  - Dilution of the product stream through the gaseous heat transfer medium.
Alternativ kann der erfindungsgemäße Reaktor vorteilhaft im Dreischrittbetrieb mit Wärmeerzeu- gung in der Heizzone (Figur 4b und Figur 5b) betrieben werden: Alternatively, the reactor according to the invention can advantageously be operated in three-step operation with heat generation in the heating zone (FIG. 4b and FIG. 5b):
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Der Begriff„Dreischrittbetrieb" bezieht sich auf die Anzahl der Schritte in der Produktionszone innerhalb eines Zyklus, wobei die Schritte Ausschub, Halten und Feststoff einfüllen und entlee- ren nicht berücksichtigt sind. The term "three-step operation" refers to the number of steps in the production zone within a cycle, with the steps of dumping, holding and filling and dumping solids not taken into account.
Im ersten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett die Produktion statt, während im Regeneratorbett die Speicherung stattfindet. Im zweiten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett das Spülen statt, während in der Heizzone ein Wärmeeintrag erfolgt und im Regeneratorbett die Speicherung stattfindet. Im dritten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett die Aufheizung statt, während im Regeneratorbett die Freisetzung stattfindet. In the first step, production advantageously takes place in the production bed, while storage takes place in the regenerator bed. In the second step, the rinsing takes place advantageously in the production bed, while in the heating zone a heat input takes place and storage takes place in the regenerator bed. In the third step, the heating advantageously takes place in the production bed, while the release takes place in the regenerator bed.
Vor- und Nachteile: Advantages and disadvantages:
+ Einfache Konfiguration für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.  + Simple configuration for carrying out the method according to the invention.
+ Eine vollständige Wärmerückführung realisierbar. + A complete heat recovery feasible.
+ Der Produktstrom kann mit hoher Konzentration / Reinheit ohne Verdünnung durch Gas aus dem Spülschritt gewonnen werden. o Aufwändige Prozesssteuerung: Drei Schritte pro Zyklus. + The product stream can be recovered at high concentration / purity without dilution by gas from the rinse step. o Elaborate process control: three steps per cycle.
Die unterschiedlich großen Gasdurchsätze in den drei Schritten erschweren die strömungstechnische Dimensionierung des Reaktors.  The different gas flow rates in the three steps complicate the fluidic dimensioning of the reactor.
Temperaturgradienten in der Umgebung der Heizzone.  Temperature gradients in the vicinity of the heating zone.
Varianten der Reaktorstruktur Variants of the reactor structure
In der Produktionszone können vorteilhaft Heizungen installiert werden. Diese Vorrichtungen können beispielsweise gasbefeuerte Strahlungsrohre, elektrische Heizungen und/oder Elektroden, die elektrischen Strom durch die Feststoff packung leiten, sein. Ferner können vorteilhaft Heizflächen im Regeneratorbett installiert sein.  In the production zone heaters can be installed advantageously. These devices may be, for example, gas-fired radiant tubes, electric heaters and / or electrodes that conduct electrical current through the solid packing. Furthermore, heating surfaces can advantageously be installed in the regenerator bed.
Alternativ können entlang der Wärmerückführzone mehrere Seiteneinspeisungen installiert werden. Diese Variante ist in Figur 6 wiedergegeben. Die Anzahl der Seiteneinspeisungen wird vorteilhaft nach der folgenden Regel ermittelt: Alternatively, multiple side feeds can be installed along the heat recovery zone. This variant is shown in FIG. The number of page feeds is advantageously determined according to the following rule:
ninj = l + int \ATaa , wobein inj = l + int \ AT aa, wherein
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Anzahl der Seiteneinspeisungen  Number of page feeds
int: Funktion: Ganzzahliger Anteil einer realen Zahl int: function: integer part of a real number
Xeq [%]'■ Bei der geforderten Vorheiztemperatur erreichbarer Gleichgewichtsumsatz des Eduk- tes während der Produktionsphase. X eq [%] '■ At the required preheating temperature achievable equilibrium conversion of the educt during the production phase.
&Teff [K]: effektiver Temperaturhub innerhalb der Reaktionszone. ATeff entspricht der Differenz aus der geforderten Vorheiztemperatur und der Onsettemperatur der endothermen Reaktion. \ΔΤαα \ [K]: Absolutbetrag der adiabaten Temperaturveränderung der endothermen Reaktion (Definition s. http://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/1 1682/2350/1 /docu_FU. pdf Seite 31 ). Für die Bestimmung der Position der Einspeisungen ist eine Längenskala bestimmend, die anschaulich als„Wanderungsintervall einer thermischen Front" bezeichnet werden kann. Das Wanderungsintervall einer thermischen Front wird nach der folgenden Regel bestimmt: & T e ff [K]: effective temperature elevation within the reaction zone. AT ef f corresponds to the difference between the required preheat temperature and the onset temperature of the endothermic reaction. \ ΔΤ αα \ [K]: absolute value of the adiabatic temperature change of the endothermic reaction (for definition, see http://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/1 1682/2350/1 / docu_FU.pdf page 31). Determining the position of the feeds is governed by a length scale, which can be clearly described as the "migration interval of a thermal front." The migration interval of a thermal front is determined according to the following rule:
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cfxb [j-^-]: spezifische Wärmekapazität der Feststoffpackung in der Wärmerückführzone. c fxb [j - ^ -]: specific heat capacity of the solid packing in the heat recovery zone.
At [s]-. Dauer des relevanten Zeitintervalls (in der Regel, Dauer des Speicherschrittes innerhalb des Zyklus).  At [s] -. Duration of the relevant time interval (as a rule, duration of the storage step within the cycle).
Die Positionen der Seiteneinspeisungen werden vorteilhaft nach folgenden Regeln festgelegt: (i) Der Abstand der ersten Seiteneinspeisung vom oberen Ende der Wärmerückführungszone entspricht vorteilhaft dem Wanderungsintervall der thermischen Front während des Speicher- Schrittes, (ii) der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Seiteneinspeisungen entspricht vorteilhaft dem Wanderungsintervall der thermischen Front während des Speicherschrittes. Diese Variante des erfindungsgemäßen Reaktors kann vorteilhaft im Zweischrittbetrieb mit Wärmeerzeugung in der Heizzone (Figur 6b) betrieben werden: The positions of the side feeds are advantageously determined according to the following rules: (i) the distance of the first side feed from the upper end of the heat return zone corresponds favorably to the thermal front migration interval during the storage step, (ii) the distance between successive side feeds advantageously corresponds to the migration interval of thermal front during the storage step. This variant of the reactor according to the invention can advantageously be operated in two-step operation with heat generation in the heating zone (FIG. 6b):
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Vor- und Nachteile: Advantages and disadvantages:
+ Vollständige Nutzung der Wärmekapazität des Regeneratorbettes mit moderaten Gasströmen möglich.  + Complete use of the heat capacity of the regenerator bed with moderate gas flows possible.
o Relativ geringe Verunreinigung / Verdünnung des Produktstroms durch die Brenngase aus dem Wärmeeintrag. o Relatively low contamination / dilution of the product stream by the combustion gases from the heat input.
Einbettung von einer oder von mehreren Heizzonen in das Regeneratorbett ist konstruktiv und materialtechnisch aufwendig.  Embedding of one or more heating zones in the regenerator bed is constructive and material technically complex.
Keine vollständige Wärmerückführung realisierbar.  No complete heat recovery feasible.
Temperaturgradienten in der Umgebung der Heizzonen.  Temperature gradients in the vicinity of the heating zones.
Vorteilhaft kann der erfindungsgemäße Reaktor ferner mit zwei Produktionsbetten ausgestattet sein (Figur 7). Die Produktionsbetten sind vorteilhaft am oberen Ende mit dem Regeneratorbett verbunden. Jedes der beiden Produktionsbetten kann vorteilhaft separat auf eine Zu- oder Ableitung in der Peripherie des Prozesses geschaltet werden. Die Ströme aus den zwei Produkti- onsbetten werden vorteilhaft am Eintritt in die Heizzone zusammengeführt. Die Gastemperatur am Eintritt in die Heizzone liegt vorteilhaft zwischen der Onset-Temperatur der endothermen Reaktion und der geforderten Vorheiztemperatur. Advantageously, the reactor according to the invention can also be equipped with two production beds (FIG. 7). The production beds are advantageously connected to the top of the regenerator bed. Advantageously, each of the two production beds can be switched separately to a supply or discharge in the periphery of the process. The streams from the two production beds are advantageously combined at the entrance to the heating zone. The gas temperature at the inlet to the heating zone is advantageously between the onset temperature of the endothermic reaction and the required preheating temperature.
Der erfindungsgemäße Reaktor kann vorteilhaft im Vierschrittbetrieb mit Wärmeerzeugung in der Heizzone (Figur 7b) betrieben werden:  The reactor according to the invention can advantageously be operated in four-step operation with heat generation in the heating zone (FIG. 7b):
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Der Begriff„Vierschrittbetrieb" bezieht sich auf die Anzahl der Schritte in der Produktionszone innerhalb eines Zyklus, wobei die Ausschubschritte nicht berücksichtigt sind. Im ersten Schritt findet vorteilhaft im ersten Produktionsbett die Produktion statt, während im zweiten Produktionsbett das Spülen stattfindet. Parallel findet in der Heizzone der Wärmeeintrag statt und im Regeneratorbett die Speicherung. The term "four-step operation" refers to the number of steps in the production zone within one cycle, excluding the ejection steps. In the first step, production advantageously takes place in the first production bed, while rinsing takes place in the second production bed. In parallel, the heat input takes place in the heating zone and storage in the regenerator bed.
Im zweiten Schritt findet vorteilhaft im ersten Produktionsbett das Halten statt, während im zwei- ten Produktionsbett die Aufheizung stattfindet. Parallel findet im Regeneratorbett die Freisetzung statt.  In the second step, the holding takes place advantageously in the first production bed, while the heating takes place in the second production bed. At the same time, the release takes place in the regenerator bed.
Im dritten Schritt findet vorteilhaft im ersten Produktionsbett das Spülen statt, während im zweiten Produktionsbett die Produktion stattfindet. Parallel findet in der Heizzone der Wärmeeintrag statt und im Regeneratorbett die Speicherung.  In the third step, rinsing advantageously takes place in the first production bed, while production takes place in the second production bed. In parallel, the heat input takes place in the heating zone and storage in the regenerator bed.
Im vierten Schritt findet vorteilhaft im ersten Produktionsbett das Aufheizen statt, während im zweiten Produktionsbett das Halten stattfindet. Parallel findet im Regeneratorbett die Freisetzung statt. In the fourth step, the heating takes place advantageously in the first production bed, while holding takes place in the second production bed. At the same time, the release takes place in the regenerator bed.
Vor- und Nachteile: Advantages and disadvantages:
+ Eine vollständige Wärmerückführung realisierbar. + A complete heat recovery feasible.
+ Halteschritt ohne Durchströmung des Produktionsbettes kann für das Einfüllen und Entleeren von Feststoff genutzt werden,  + Holding step without flow through the production bed can be used for filling and emptying of solid,
o Relativ geringe Verunreinigung / Verdünnung des Produktstroms durch die Brenngase aus dem Wärmeeintrag. o Relatively low contamination / dilution of the product stream by the combustion gases from the heat input.
o Moderate Temperaturgradienten. o Moderate temperature gradients.
Aufwändige Prozesssteuerung: Vier Schritte pro Zyklus.  Elaborate process control: four steps per cycle.
Apparativ aufwändig: Drei Behälter und die entsprechende Peripherie (Dosier und Absperrorgane für Gas und Feststoff) in einem Reaktor erforderlich. Kombination mehrerer Reaktoren  Costly in terms of equipment: Three tanks and the corresponding periphery (metering and shut-off devices for gas and solid) required in one reactor. Combination of several reactors
Die zyklische Fahrweise bedingt eine diskontinuierliche Produktion. Um eine kontinuierliche Produktion zu erreichen, können vorteilhaft zwei oder mehrere erfindungsgemäße Reaktoren parallel geschaltet werden. Vorteilhaft wird dabei in mindestens einem Reaktor der Produktionsschritt durchgeführt.  The cyclical driving requires a discontinuous production. In order to achieve continuous production, advantageously two or more reactors according to the invention can be connected in parallel. Advantageously, the production step is carried out in at least one reactor.
Unter Parallelschaltung von zwei erfindungsgemäßen Reaktoren mit je einem Produktionsbett, einer Heizzone und einem Regeneratorbett im Zweischrittbetrieb finden vorteilhaft folgende Schritte statt (Figur 3c und Figur 6c): With parallel connection of two reactors according to the invention, each with a production bed, a heating zone and a regenerator bed in two-step operation, the following steps advantageously take place (FIG. 3c and FIG. 6c):
1 . Schritt 2. Schritt 1 . Step 2. Step
Produktionsbett Produktion Aufheizung  Production bed production heating up
1. Reaktor Heizzone Wärmeeintrag  1st reactor heating zone heat input
Regeneratorbett Speicherung Freisetzung  Regenerator bed storage release
Produktionsbett Aufheizung Produktion  Production bed heating production
2. Reaktor Heizzone Wärmeeintrag  2nd reactor heating zone heat input
Regeneratorbett Freisetzung Speicherung wobei die Schritte Ausschub, Halten und Feststoff einfüllen und entleeren nicht berücksichtigt sind. Regenerator bed release storage the steps of pouring, holding and filling solids and discharging are not taken into account.
Im ersten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett des ersten Reaktors die Produktion statt, während in der Heizzone des ersten Reaktors der Wärmeeintrag und im Regeneratorbett des ersten Reaktors die Speicherung stattfindet. Parallel dazu findet im zweiten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett die Aufheizung statt, während im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Wärmefreisetzung stattfindet. In the first step, production advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while in the heating zone of the first reactor the heat input takes place and in the regenerator bed of the first reactor storage takes place. In parallel, in the second reactor, the heating takes place advantageously in the production bed, while the heat release takes place in the regenerator bed of the second reactor.
Im zweiten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett des ersten Reaktors die Aufheizung statt, während im Regeneratorbett des ersten Reaktors die Freisetzung stattfindet. Parallel dazu findet im zweiten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett die Produktion statt, während in der Heizzone des zweiten Reaktors der Wärmeeintrag und im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Freisetzung stattfindet. Unter Parallelschaltung von zwei erfindungsgemäßen Reaktoren mit je einem Produktionsbett, einer Heizzone und einem Regeneratorbett im Dreischrittbetrieb finden vorteilhaft folgende Schritte statt (siehe Figur 4c):  In the second step, the heating advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while the release takes place in the regenerator bed of the first reactor. Parallel to this, in the second reactor, production advantageously takes place in the production bed, while in the heating zone of the second reactor the heat input takes place and in the regenerator bed of the second reactor the release takes place. With parallel connection of two reactors according to the invention, each with a production bed, a heating zone and a regenerator bed in three-step operation, the following steps advantageously take place (see FIG. 4c):
Figure imgf000036_0001
wobei die Schritte Ausschub, Halten und Feststoff einfüllen und entleeren nicht berücksichtigt sind.
Figure imgf000036_0001
the steps of pouring, holding and filling solids and discharging are not taken into account.
Im ersten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett des ersten Reaktors die Produktion statt, während im Regeneratorbett des ersten Reaktors die Speicherung stattfindet. Parallel dazu fin- det im zweiten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett das Spülen statt, während in der Heizzone der Wärmeeintrag stattfindet und im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Speicherung stattfindet. In the first step, production advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while storage takes place in the regenerator bed of the first reactor. At the same time, rinsing takes place in the second reactor, advantageously in the production bed, while the heat input takes place in the heating zone and storage takes place in the regenerator bed of the second reactor.
Im zweiten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett des ersten Reaktors die Produktion statt, während im Regeneratorbett des ersten Reaktors die Speicherung stattfindet. Parallel dazu fin- det im zweiten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett die Aufheizung statt, während im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Freisetzung stattfindet.  In the second step, production advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while storage takes place in the regenerator bed of the first reactor. In parallel, heating takes place in the second reactor, advantageously in the production bed, while the release takes place in the regenerator bed of the second reactor.
Im dritten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett des ersten Reaktors das Spülen statt, während in der Heizzone der Wärmeeintrag stattfindet und im Regeneratorbett des ersten Re- aktors die Speicherung stattfindet. Parallel dazu findet im zweiten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett die Produktion statt, während im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Speicherung stattfindet. In the third step, rinsing advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while in the heating zone the heat input takes place and in the regenerator bed of the first reactor. actors storage takes place. Parallel to this, in the second reactor, production advantageously takes place in the production bed, while storage takes place in the regenerator bed of the second reactor.
In der vierten Phase findet vorteilhaft im Produktionsbett des ersten Reaktors die Aufheizung statt, während im Regeneratorbett des ersten Reaktors die Freisetzung stattfindet. Parallel dazu findet im zweiten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett die Produktion statt, während im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Speicherung stattfindet.  In the fourth phase, the heating takes place advantageously in the production bed of the first reactor, while the release takes place in the regenerator bed of the first reactor. Parallel to this, in the second reactor, production advantageously takes place in the production bed, while storage takes place in the regenerator bed of the second reactor.
Unter Parallelschaltung von drei erfindungsgemäßen Reaktoren mit je einem Produktionsbett, einer Heizzone und einem Regeneratorbett im Dreischrittbetrieb finden vorteilhaft folgende Schritte statt (siehe Figur 5c): With parallel connection of three reactors according to the invention, each with a production bed, a heating zone and a regenerator bed in three-step operation, the following steps advantageously take place (see FIG. 5c):
Figure imgf000037_0001
wobei die Schritte Ausschub, Halten und Feststoff einfüllen und entleeren nicht berücksichtigt sind.
Figure imgf000037_0001
the steps of pouring, holding and filling solids and discharging are not taken into account.
Im ersten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett des ersten Reaktors die Produktion statt, während im Regeneratorbett des ersten Reaktors die Speicherung stattfindet. Parallel dazu findet im zweiten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett das Spülen statt, während in der Heizzone der Wärmeeintrag stattfindet und im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Speicherung stattfindet. Parallel dazu findet im dritten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett die Aufheizung statt, während im Regeneratorbett des dritten Reaktors die Freisetzung stattfindet. In the first step, production advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while storage takes place in the regenerator bed of the first reactor. In parallel, the rinsing takes place in the second reactor advantageously in the production bed, while in the heating zone, the heat input takes place and storage takes place in the regenerator bed of the second reactor. At the same time, heating takes place in the third reactor, advantageously in the production bed, while the release takes place in the regenerator bed of the third reactor.
Im zweiten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett des ersten Reaktors das Spülen statt, während in der Heizzone der Wärmeeintrag stattfindet und im Regeneratorbett des ersten Re- aktors die Speicherung stattfindet. Parallel dazu findet im zweiten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett die Aufheizung statt, während im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Freisetzung stattfindet. Parallel dazu findet im dritten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett die Produktion statt, während im Regeneratorbett des dritten Reaktors die Speicherung stattfindet. Im dritten Schritt findet vorteilhaft im Produktionsbett des ersten Reaktors die Aufheizung statt, während im Regeneratorbett des ersten Reaktors die Freisetzung stattfindet. Parallel dazu findet im zweiten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett die Produktion statt, während im Regene- ratorbett des zweiten Reaktors die Speicherung stattfindet. Parallel dazu findet im dritten Reaktor vorteilhaft im Produktionsbett das Spülen statt, während in der Heizzone der Wärmeeintrag stattfindet und im Regeneratorbett des dritten Reaktors die Speicherung stattfindet. In the second step, the rinsing advantageously takes place in the production bed of the first reactor, while the heat input takes place in the heating zone and the storage takes place in the regenerator bed of the first reactor. In parallel, in the second reactor, the heating advantageously takes place in the production bed, while the release takes place in the regenerator bed of the second reactor. Parallel to this, in the third reactor, production takes place advantageously in the production bed, while storage takes place in the regenerator bed of the third reactor. In the third step, the heating takes place advantageously in the production bed of the first reactor, while the release takes place in the regenerator bed of the first reactor. Parallel to this, in the second reactor, production takes place in the production bed, while in the regeneration Rator bed of the second reactor storage takes place. In parallel, in the third reactor, the rinsing takes place advantageously in the production bed, while in the heating zone the heat input takes place and storage takes place in the regenerator bed of the third reactor.
Unter Parallelschaltung von zwei erfindungsgemäßen Reaktoren mit je zwei Produktionsbetten, einer Heizzone und einem Regeneratorbett im Vierschrittbetrieb finden vorteilhaft folgende Schritte statt (siehe Figur 7c): With parallel connection of two reactors according to the invention, each with two production beds, a heating zone and a regenerator bed in four-step operation, the following steps advantageously take place (see FIG. 7c):
Figure imgf000038_0001
wobei die Ausschubschritte nicht berücksichtigt sind.
Figure imgf000038_0001
wherein the Ausschubschritte are not taken into account.
Im ersten Schritt findet vorteilhaft im ersten Produktionsbett des ersten Reaktors die Produktion und im zweiten Produktionsbett des ersten Reaktors das Spülen statt, während in der Heizzone des ersten Reaktors der Wärmeeintrag stattfindet und im Regeneratorbett des ersten Reaktors die Speicherung stattfindet. Parallel dazu findet im zweiten Reaktor vorteilhaft im ersten Produktionsbett die Aufheizung und im zweiten Produktionsbett des zweiten Reaktors der Halteschritt statt, während im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Freisetzung stattfindet. In the first step, advantageously in the first production bed of the first reactor, the production and in the second production bed of the first reactor rinsing takes place while in the heating zone of the first reactor, the heat input takes place and storage takes place in the regenerator bed of the first reactor. In parallel, in the second reactor, advantageously in the first production bed, the heating takes place and in the second production bed of the second reactor of the holding step, while in the regenerator bed of the second reactor, the release takes place.
Im zweiten Schritt findet vorteilhaft im ersten Produktionsbett des ersten Reaktors der Halteschritt und im zweiten Produktionsbett des ersten Reaktors die Aufheizung statt, während im Regeneratorbett des ersten Reaktors die Freisetzung stattfindet. Parallel dazu findet im zweiten Reaktor vorteilhaft im ersten Produktionsbett die Produktion und im zweiten Produktionsbett des zweiten Reaktors das Spülen statt, während in der Heizzone des zweiten Reaktors und im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Speicherung stattfindet. In the second step, advantageously, the heating step takes place in the first production bed of the first reactor and the heating in the second production bed of the first reactor, while the release takes place in the regenerator bed of the first reactor. In parallel, in the second reactor, the production advantageously takes place in the first production bed and the rinsing takes place in the second production bed of the second reactor, while storage takes place in the heating zone of the second reactor and in the regenerator bed of the second reactor.
Im dritten Schritt findet vorteilhaft im ersten Produktionsbett des ersten Reaktors das Spülen und im zweiten Produktionsbett des ersten Reaktors die Produktion statt, während in der Heizzone des ersten Reaktors der Wärmeeintrag stattfindet und im Regeneratorbett des ersten Reaktors die Speicherung stattfindet. Parallel dazu findet im zweiten Reaktor vorteilhaft im ersten Produktionsbett der Halteschritt und im zweiten Produktionsbett des zweiten Reaktors die Aufheizung statt, während im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Freisetzung stattfindet. Im vierten Schritt findet vorteilhaft im ersten Produktionsbett des ersten Reaktors die Aufheizung und im zweiten Produktionsbett des ersten Reaktors der Halteschritt statt, während im Re- generatorbett des ersten Reaktors die Freisetzung stattfindet. Parallel dazu findet im zweiten Reaktor vorteilhaft im ersten Produktionsbett das Spülen und im zweiten Produktionsbett des zweiten Reaktors die Produktion statt, während in der Heizzone des zweiten Reaktors der Wärmeeintrag stattfindet und im Regeneratorbett des zweiten Reaktors die Speicherung stattfindet. In the third step, advantageously in the first production bed of the first reactor, the rinsing and in the second production bed of the first reactor, the production takes place while in the heating zone of the first reactor, the heat input takes place and the storage takes place in the regenerator bed of the first reactor. Parallel to this, in the second reactor, advantageously takes place in the first Production bed of the holding step and in the second production bed of the second reactor, the heating takes place while in the regenerator bed of the second reactor, the release takes place. In the fourth step, advantageously in the first production bed of the first reactor, the heating takes place and in the second production bed of the first reactor of the holding step, while in the re-generator bed of the first reactor, the release takes place. Parallel to this, in the second reactor, the rinsing takes place advantageously in the first production bed and the production in the second production bed of the second reactor, while in the heating zone of the second reactor the heat input takes place and storage takes place in the regenerator bed of the second reactor.
Vorteile advantages
Die vorliegende Erfindung löst die folgenden Machbarkeitsprobleme bisher betrachteter Reaktorkonzepte zur Methanpyrolyse, d.h. (i) Fouling der Heizflächen durch Koksablagerungen bei indirekter Beheizung, (ii) zwangsweise Kopplung des Feststoffpartikelstroms an die Anforderungen der Wärmeintegration und/oder Wärmebedrafs, (iii) Wärmeverlust durch ungleiche Einstellung der Wärmekapazitätsströme zwischen der Produktionsphase und der Regenerationsphase und folglich asynchrone Temperaturfronten (v) Ausbeuteverlust durch die Rückreaktion des Wasserstoffs während der Abkühlung in der Wärmerückführungszone, (vi) Handling von heißen Feststoff und (vii) Kontamination durch die Rauchgase einer Verbrennung.  The present invention solves the following feasibility problems of previously considered methane pyrolysis reactor concepts, i. (i) fouling the heating surfaces by indirect heating coke deposits; (ii) forcibly coupling the solid particle flow to the requirements of heat integration and / or thermal power; (iii) heat loss due to unequal adjustment of the heat capacity flows between the production phase and the regeneration phase and consequently asynchronous temperature fronts (v ) Loss of yield due to the reverse reaction of hydrogen during cooling in the heat recovery zone, (vi) handling of hot solids and (vii) contamination by combustion fumes.
Ferner entschärft die vorliegende Erfindung die größten Kostentreiber (siehe nachfolgende Abschätzung) der im Stand der Technik betrachteten Konzepte, indem sie (i) den Bedarf nach wärmeübertragenden Wänden im Bereich der Produktionszone eliminiert, (ii) die Feststoffschleusen für die Zuführung des Feststoffpartikelstroms in den Reaktor können drucklos ausgelegt werden und (iii) das Verfahren eine vollständige Wärmeintegration bietet. Further, the present invention mitigates the largest cost drivers (see the following estimate) of the concepts considered in the prior art by (i) eliminating the need for heat transfer walls in the region of the production zone, (ii) the solids sluices for feeding the solid particle stream into the reactor can be designed without pressure and (iii) the process offers complete heat integration.
Die erforderliche Prozesswärme wird bei der vorliegenden Erfindung durch Verbrennung in der Heizzone des Reaktors erzeugt. Die aufwendigen Wärmeübertragungsflächen zur indirekten Einkopplung der Prozesswärme bei hoher Temperatur entfallen. Somit ist der Feststoffstrom, der durch den Reaktor geleitet wird, nicht mehr starr an die Anforderungen der Wärmeintegration gekoppelt. Insbesondere kann der Feststoffstrom gerade der Produktionsrate des festen Produktes entsprechen, so dass der Hold-Up der Produktionszone konstant bleibt. Der gasförmige Produktstrom wird auf dem höchsten Temperaturniveau vom Kohlenstoff getrennt, somit sind Ausbeuteverluste durch eine Rückreaktion ausgeschlossen. The required process heat is generated in the present invention by combustion in the heating zone of the reactor. The elaborate heat transfer surfaces for indirect coupling of the process heat at high temperature omitted. Thus, the flow of solids passing through the reactor is no longer rigidly coupled to the requirements of heat integration. In particular, the solids flow may just correspond to the production rate of the solid product, so that the hold-up of the production zone remains constant. The gaseous product stream is separated from the carbon at the highest temperature level, thus yield losses due to a reverse reaction are excluded.
Der Reaktor kann als Schachtapparat (mit einem, zwei oder drei Schächten) ohne jede Strukturierung des Querschnittes ausgeführt werden. Die einfache Geometrie erlaubt, die Reaktorkam- mer feuerfest auszukleiden und thermisch zu isolieren. So kann die drucktragende Reaktorhülle wirksam vor den hohen Temperaturen der Reaktionsmedien geschützt werden. The reactor can be designed as a shaft apparatus (with one, two or three shafts) without any structuring of the cross section. The simple geometry allows the reactor chamber to be refractory lined and thermally insulated. Thus, the pressure-bearing reactor shell can be effectively protected from the high temperatures of the reaction media.
Durch die optionale Installation mehrerer Wärmequellen in der Heizzone, beispielsweise Brenner, Plasmageneratoren oder Widerstandsheizungen bietet das erfindungsgemäße Konzept die Möglichkeit flexibel und kostenoptimiert zwischen unterschiedlichen Energieträgern umzuschalten. Damit kann eine hybride Beheizung des Prozesses realisiert werden, wie beispielsweise in WO 2014/090914 beschrieben. Abschätzung der Kosten: Due to the optional installation of several heat sources in the heating zone, for example burners, plasma generators or resistance heaters, the concept according to the invention offers the possibility of switching between different energy sources in a flexible and cost-optimized manner. Thus, a hybrid heating of the process can be realized, as described for example in WO 2014/090914. Estimation of the costs:
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*: Einsparpotenzial * : Savings potential
(i) gegenüber Verfahren mit indirekter Beheizung: durch Verzicht auf Wärmeübertragungswänden im Hochtemperaturbereich (i) versus indirect heating methods: by eliminating heat transfer walls in the high temperature range
(ii) gegenüber Verfahren mit elektrische Beheizung: Verzicht auf Elektroden / elektrische Widerstände im Hochtemperaturbereich  (ii) versus electric heating methods: no need for electrodes / electrical resistors in the high temperature range
**: Einsparpotenzial gegenüber Fließbettverfahren: * * : Potential savings compared to fluidized bed processes:
Durch die Reaktionsführung im ruhenden Bett wird die Rußbildung unterdrückt. Das Regeneratorbett funktioniert als regenerierbarer Filter für Staubpartikel. Damit kann auf eine externe Filtrationsstufe verzichtet werden. By the reaction in the resting bed, the soot formation is suppressed. The regenerator bed functions as a regenerable filter for dust particles. This can be dispensed with an external filtration stage.
***: Das zyklische Verfahren hat zwei Vorteile: * ** : The cyclic method has two advantages:
(i) Das Beladen und Entleeren des Reaktors kann an einem nicht durchströmten Bett durchge- führt werden.  (i) The loading and unloading of the reactor can be carried out on a non-flow-through bed.
(ii) Optional kann der zyklische Prozess im Druckwechselmodus betrieben werden: Produktion bei hohem Druck und Regeneration bei niedrigem Druck. In diesem Fall kann der Druckausgleich in den Feststoffschleusen entfallen.  (ii) Optionally, the cyclic process can be operated in pressure swing mode: high pressure production and low pressure regeneration. In this case, the pressure balance in the solids locks can be omitted.
(iii) Der Feststoffstrom, der durch die Produktionszone geleitet wird, beträgt ca. 30% des Fest- stoffstroms, der in Wanderbettreaktoren erforderlich ist, in denen die Wärmerückführung auf die (iii) The flow of solids passing through the production zone is approximately 30% of the solids flow required in moving bed reactors, where heat recovery is controlled by the flow of heat
Gegenstromführung zwischen dem gasförmigen und dem festen Prozessstrom basiert. Countercurrent flow between the gaseous and the solid process stream based.
Figuren Bezeichnungen der Figuren 1 und 2: Figures Designations of Figures 1 and 2:
1 : Produktionsbett 1: production bed
2: Regeneratorbett 2: regenerator bed
3: Heizzone 3: heating zone
4: Misch- / Brennkammer  4: mixing / combustion chamber
5: Einfüllen des Trägers 5: filling the carrier
6: Entleeren des festen Produktes  6: emptying the solid product
7: Heissgasfilter 7: Hot gas filter
8: Zusatzheizung im Produktionsbett  8: Additional heating in the production bed
9: Zusatzheizung im Regeneratorbett 9: Additional heating in the regenerator bed
10: Phasenabscheider / Entstaubung Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Reaktors mit einem Produktions- und einem Regeneratorbett in paralleler Anordnung. 10: Phase separator / dedusting Figure 1 shows a schematic representation of the reactor according to the invention with a production and a regenerator bed in a parallel arrangement.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Reaktors mit einem Pro- duktions- und einem Regeneratorbett in vertikaler Anordnung. FIG. 2 shows a schematic representation of the reactor according to the invention with a production bed and a regenerator bed in a vertical arrangement.
Bezeichnungen der Figur 3: Designations of FIG. 3:
1 : Produktionsbett 1: production bed
2: Regeneratorbett 2: regenerator bed
3: Heizzone 3: heating zone
4: Misch- / Brennkammer  4: mixing / combustion chamber
5: Einfüllen des Trägers 5: filling the carrier
6: Entleeren des festen Produktes 6: emptying the solid product
7: Kohlenwasserstoffhaltiger Zulaufstrom 7: Hydrocarbon-containing feed stream
8. Produktgas Austrittsstrom 8. Product gas exit stream
9: Regeneriergas Austrittsstrom 9: regeneration gas outlet flow
10: Regeneriergas Zulaufstrom 10: Regeneration gas feed stream
13: Sauerstoffhaltiger Zulaufstrom 13: Oxygen-containing feed stream
14: Brennstoffhaitiger Zulaufstrom 14: Fuel-side feed stream
Figur 3a zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei baugleichen Reaktoren, jeweils mit einem Produktionsbett, einer Heizzone und einem Regeneratorbett, wobei der Wärmeeintrag durch Verbrennung eines Brennstoffs in einer externen Brennkammer bewerkstelligt wird. Figure 3a shows a schematic representation of the method according to the invention with two identical reactors, each with a production bed, a heating zone and a regenerator, wherein the heat input is accomplished by combustion of a fuel in an external combustion chamber.
Figur 3b zeigt das Ablaufschema im erfindungsgemäßen Verfahren über einen Zyklus mit zwei Hauptschritten im Produktionsbett.  FIG. 3b shows the flow chart in the process according to the invention over a cycle with two main steps in the production bed.
Figur 3c zeigt das Ablaufschema einer quasikontinuierlichen Produktion im erfindungsgemäßen Verfahren in einer Konfiguration mit zwei baugleichen Reaktoren. Bezeichnungen der Figur 4:  FIG. 3c shows the flow chart of a quasi-continuous production in the process according to the invention in a configuration with two identical reactors. Designations of FIG. 4:
1 : Produktionsbett  1: production bed
2: Regeneratorbett  2: regenerator bed
3: Heizzone  3: heating zone
4: Seiteneinspeisung  4: page feed
5: Einfüllen des Trägers 5: filling the carrier
6: Ausschleusen des festen Produktes  6: discharging the solid product
7: Kohlenwasserstoffhaltiger Zulaufstrom  7: Hydrocarbon-containing feed stream
8. Produktgas Austrittsstrom  8. Product gas exit stream
9: Regeneriergas Austrittsstrom  9: regeneration gas outlet flow
10: Regeneriergas Zulaufstrom 10: Regeneration gas feed stream
1 1 : Spülgas Zulaufstrom  1 1: purge gas feed stream
12: Spülgas Austrittsstrom 13: Sauerstoffhaltiger Zulaufstrom 12: purge gas exit stream 13: Oxygen-containing feed stream
Figur 4a zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei baugleichen Reaktoren, jeweils mit einem Produktionsbett, einer Heizzone und einem Regenerator- bett, wobei der Wärmeeintrag durch Seiteneinspeisung eines Oxidators in die Heizzone bewerkstelligt wird. FIG. 4a shows a schematic representation of the method according to the invention with two identical reactors, each with a production bed, a heating zone and a regenerator bed, wherein the heat input is accomplished by side feeding of an oxidizer into the heating zone.
Figur 4b zeigt das Ablaufschema im erfindungsgemäßen Verfahren über einen Zyklus mit drei Hauptschritten im Produktionsbett.  FIG. 4b shows the flow chart in the process according to the invention over a cycle with three main steps in the production bed.
Figur 4c zeigt das Ablaufschema einer quasikontinuierlichen Produktion im erfindungsgemäßen Verfahren in einer Konfiguration mit zwei baugleichen Reaktoren.  FIG. 4c shows the flow chart of a quasi-continuous production in the process according to the invention in a configuration with two identical reactors.
Bezeichnungen der Figur 5: Designations of FIG. 5:
1 : Produktionsbett  1: production bed
2: Regeneratorbett  2: regenerator bed
3: Heizzone 3: heating zone
4: Seiteneinspeisung  4: page feed
5: Einfüllen des Trägers  5: filling the carrier
6: Ausschleusen des festen Produktes  6: discharging the solid product
7: Kohlenwasserstoffhaltiger Zulaufstrom  7: Hydrocarbon-containing feed stream
8. Produktgas Austrittsstrom 8. Product gas exit stream
9: Regeneriergas Austrittsstrom  9: regeneration gas outlet flow
10: Regeneriergas Zulaufstrom  10: Regeneration gas feed stream
1 1 : Spülgas Zulaufstrom  1 1: purge gas feed stream
12: Spülgas Austrittsstrom  12: purge gas exit stream
13: Sauerstoffhaltiger Zulaufstrom 13: Oxygen-containing feed stream
Figur 5a zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit drei baugleichen Reaktoren, jeweils mit einem Produktionsbett, einer Heizzone und einem Regeneratorbett, wobei der Wärmeeintrag durch Seiteneinspeisung eines Oxidators in die Heizzone be- werkstelligt wird. FIG. 5a shows a schematic representation of the method according to the invention with three identical reactors, each with a production bed, a heating zone and a regenerator bed, the heat input being brought about by lateral feeding of an oxidizer into the heating zone.
Figur 5b zeigt das Ablaufschema im erfindungsgemäßen über einen Zyklus mit drei Hauptschritten im Produktionsbett.  FIG. 5b shows the flow chart in the invention over a cycle with three main steps in the production bed.
Figur 5c zeigt das Ablaufschema einer quasikontinuierlichen Produktion im erfindungsgemäßen Verfahren in einer Konfiguration mit drei baugleichen Reaktoren.  FIG. 5c shows the flow chart of a quasi-continuous production in the process according to the invention in a configuration with three identical reactors.
Bezeichnungen der Figur 6: Designations of FIG. 6:
1 : Produktionsbett 1: production bed
2: Regeneratorbett 2: regenerator bed
3: Heizzone 3: heating zone
4: Misch- / Brennkammer 4: mixing / combustion chamber
5: Einfüllen des Trägers 5: filling the carrier
6: Entleeren des festen Produktes 7: Kohlenwasserstoffhaltiger Zulaufstrom 6: emptying the solid product 7: Hydrocarbon-containing feed stream
8. Produktgas Austrittsstrom 8. Product gas exit stream
9: Regeneriergas Austrittsstrom 9: regeneration gas outlet flow
10: Regeneriergas Zulaufstrom 10: Regeneration gas feed stream
13: Sauerstoffhaltiger Zulaufstrom 13: Oxygen-containing feed stream
14: Brennstoffhaitiger Zulaufstrom 14: Fuel-side feed stream
Figur 6a zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei baugleichen Reaktoren, jeweils mit einem Produktionsbett, einer Heizzone und einem Regenerator- bett, wobei die Heizzone in der Wärmerückführungszone integriert und der Wärmeeintrag durch Verbrennung eines Brennstoffs in einer externen Brennkammer oder durch Seiteneinspeisung eines Oxidators in die Heizzone bewerkstelligt werden kann. Figure 6a shows a schematic representation of the inventive method with two identical reactors, each with a production bed, a heating zone and a Regenerator- bed, wherein the heating zone integrated in the heat recovery zone and the heat input by combustion of a fuel in an external combustion chamber or by side feed of an oxidizer can be accomplished in the heating zone.
Figur 6b zeigt das Ablaufschema im erfindungsgemäßen Verfahren über einen Zyklus mit zwei Hauptschritten im Produktionsbett.  FIG. 6b shows the flow chart in the process according to the invention over a cycle with two main steps in the production bed.
Figur 6c zeigt das Ablaufschema einer quasikontinuierlichen Produktion im erfindungsgemäßen Verfahren in einer Konfiguration mit zwei baugleichen Reaktoren. FIG. 6c shows the flow chart of a quasi-continuous production in the process according to the invention in a configuration with two identical reactors.
Bezeichnungen der Figur 7: Designations of FIG. 7:
1 a: Produktionsbett 1  1 a: production bed 1
1 b: Produktionsbett 2 1 b: production bed 2
2: Regeneratorbett  2: regenerator bed
3: Heizzone  3: heating zone
4: Seiteneinspeisung  4: page feed
5: Einfüllen des Trägers  5: filling the carrier
6: Entleeren des festen Produktes 6: emptying the solid product
7: Kohlenwasserstoffhaltiger  7: Hydrocarbon-containing
Zulaufstrom  feed stream
8. Produktgas Austrittsstrom  8. Product gas exit stream
9: Regeneriergas Austrittsstrom 9: regeneration gas outlet flow
10: Regeneriergas Zulaufstrom 10: Regeneration gas feed stream
1 1 : Spülgas Zulaufstrom 1 1: purge gas feed stream
13: Sauerstoffhaltiger Zulaufstrom 13: Oxygen-containing feed stream
14: Brennstoffhaitiger Zulaufstrom Figur 7a zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei baugleichen Reaktoren, jeweils mit zwei Produktionsbetten, einer Heizzone und einem Regeneratorbett, wobei der Wärmeeintrag durch Seiteneinspeisung eines Oxidators in die Heizzone bewerkstelligt wird. In dieser Konfiguration sind zwei baugleiche Reaktoren für eine kontinuierliche Produktion erforderlich. FIG. 7a shows a schematic representation of the method according to the invention with two identical reactors, each with two production beds, a heating zone and a regenerator bed, wherein the heat input is accomplished by side feeding of an oxidizer into the heating zone. In this configuration, two identical reactors are required for continuous production.
Figur 7b zeigt das Ablaufschema im erfindungsgemäßen Verfahren über einen Zyklus mit drei Hauptschritten in den Produktionsbetten. Figur 7c zeigt das Ablaufschema einer quasikontinuierlichen Produktion im erfindungsgemäßen Verfahren in einer Konfiguration mit zwei baugleichen Reaktoren. FIG. 7b shows the flow chart in the process according to the invention over a cycle with three main steps in the production beds. FIG. 7c shows the flow chart of a quasi-continuous production in the process according to the invention in a configuration with two identical reactors.
Figur 8 zeigt beispielhaft das Verfahrensfließbild eines integrierten, quasi-kontinuierlichen erfin- dungsgemäßen Prozesses. In diesem Prozess werden Erdgas (Strang 3) und Luft (Strang 1 ) als gasförmige Zulaufströme eingeleitet. Das Erdgas ist der Einsatzstoff für die Herstellung der Zielprodukte Wasserstoff und Pyrolysekohlenstoff. Die Luft wird in zwei Teilströme aufgetrennt. Ein Teilstrom (Strang 4) ist sauerstoffreich und wird als Oxidator in die Heizzone geleitet. Der zweite Teilstrom ist stickstoffreich und wird als Hauptstrom während der Regenerationsphase (Strang 7) und als Spülgas für die Puffer-, Vorlage- und Austragsbehälter (Strang 9, Strang 1 1 ) für die festen Prozessströme verwendet. Der Prozess umfasst drei Reaktoren, die zyklisch getaktet werden. Es sind nur die jeweils aktiven Leitungen dargestellt. Im Reaktor R1 befindet sich das Produktionsbett im Produktionsschritt, die Heizzone im Leerlauf und das Regeneratorbett im Schritt « Wärme speichern ». Der Pufferbehälter für den festen Träger B1 1 wird befüllt. Der Austragsbehälter B13 wird entspannt. Im Reaktor R2 befindet sich das Produktionsbett im Schritt « Spülen », die Heizzone im Schritt « Wärmeeintrag » und das Regeneratorbett im Schritt « Wärme speichern ». Der Pufferbehälter B21 wird mit Stickstoff auf das Niveau des Prozessdrucks aufgedrückt und der feste Träger wird vom Pufferbehälter B21 in den Vorlagebehälter B22 umgefüllt. Der Austragsbehälter B23 wird entleert. Im Reaktor R3 befindet sich das Pro- duktionsbett im Schritt « Aufheizen », die Heizzone im Leerlauf und das Regeneratorbett imFIG. 8 shows, by way of example, the process flow diagram of an integrated, quasi-continuous process according to the invention. In this process, natural gas (strand 3) and air (strand 1) are introduced as gaseous feed streams. The natural gas is the starting material for the production of the target products hydrogen and pyrolysis carbon. The air is split into two partial streams. A partial flow (strand 4) is rich in oxygen and is passed as an oxidizer in the heating zone. The second partial flow is nitrogen rich and is used as the main flow during the regeneration phase (strand 7) and as purge gas for the buffer, receiver and discharge (strand 9, strand 1 1) for the solid process streams. The process includes three reactors that are cycled. Only the active lines are shown. In reactor R1, the production bed is in the production step, the heating zone is idle and the regenerator bed is in the step «store heat». The buffer tank for the solid support B1 1 is filled. The discharge container B13 is relaxed. In reactor R2, the production bed is located in the step "Rinsing", the heating zone in the step "Heat input" and the regenerator bed in the step "Heat storage". The buffer tank B21 is pressurized with nitrogen to the level of the process pressure, and the solid support is transferred from the buffer tank B21 to the receiver tank B22. The discharge container B23 is emptied. In the reactor R3, the production bed is in the «Heating up» step, the heating zone is idling and the regenerator bed is in the
Schritt « Wärme freisetzen ». Der Pufferbehälter B31 wird entspannt. Der feste Träger wird vom Vorlagebehälter B32 in die Produktionszone des Reaktors R3 eingefüllt. Gleichzeitig wird das feste Reaktionsprodukt aus der Produktionszone des Reaktors R3 in den Austragsbehälter B33 umgefüllt. In der Peripherie der Reaktoren sind folgende Verfahrensschritte enthalten : In der Luftzerlegungsstufe wird die Zuluft in eine sauerstoffreiche und in eine stickstoffreiche Fraktion getrennt. In der Gastrennungsstufe wird das gasförmige Rohprodukt in einen wasserstoffreichen Produktstrom und in einen Retentatstrom aufgetrennt. Das Retentat wird in den Prozess als Hauptstrom für den Spülschritt zurückgeführt. Das Gas aus dem Spülschritt wird teilweise in einem Kondensator getrocknet und in den Prozess zurückgeführt. Der stickstoffreiche Strom ist auf dem Niveau des Prozessdrucks (Strang 1 1 und Strang 12) und als Spülgas für den Druckausgleich mit der Umgebung verfügbar (Strang 9 und Strang 10). Der Prozess ist für eine jährliche Produktionskapazität von 720000 Nm3 Wasserstoff ausgelegt. Das Produktionsbett und das Regeneratorbett haben einen Querchnitt von 44m2 und eine Betthöhe von 6m. Das Produktionsbett ist gefüllt mit einem Kohlenstoffträger mit einer mittleren Korngröße von 3mm und einer Schüttdichte von 800 kg/m3. Das Regeneratorbett besteht aus Partikeln aus Aluminiumoxid mit einer mittleren Korngröße von 3mm. Der Prozessdruck der Feedströme beträgt 10barabs- Die Zulauftemperatur der Feedströme beträgt 200°C. Die Vorheiztemperatur beträgt 1800°C. Die Zyklusdauer beträgt 5400s. Innerhalb eines Zyklus dauern der Produktionsschritt, der Spülschritt und der Aufheizschritt jeweils 1800s. Die Stromleiste zeigt in tabellarischer Form die über die Dauer eines Schrittes gemittelten Ströme in dem einzelnen Strängen. Beispiel Step "Release heat". The buffer tank B31 is relaxed. The solid support is filled from the feed tank B32 into the production zone of the reactor R3. At the same time, the solid reaction product from the production zone of the reactor R3 is transferred to the discharge tank B33. The following process steps are included in the periphery of the reactors: In the air separation stage, the supply air is separated into an oxygen-rich and a nitrogen-rich fraction. In the gas separation stage, the gaseous crude product is separated into a hydrogen-rich product stream and into a retentate stream. The retentate is returned to the process as the main stream for the purge step. The gas from the rinsing step is partially dried in a condenser and returned to the process. The nitrogen-rich stream is at the level of the process pressure (strand 1 1 and strand 12) and available as purge gas for pressure equalization with the environment (strand 9 and strand 10). The process is designed for an annual production capacity of 720000 Nm 3 of hydrogen. The production bed and the regenerator bed have a cross-section of 44m 2 and a bed height of 6m. The production bed is filled with a carbon carrier with a mean grain size of 3 mm and a bulk density of 800 kg / m 3 . The regenerator bed consists of particles of alumina with a mean grain size of 3mm. The process pressure of the feed streams is 10 bar a bs- The feed temperature of the feed streams is 200 ° C. The preheating temperature is 1800 ° C. The cycle time is 5400s. Within one cycle, the production step, the rinsing step and the heating step each take 1800s. The current bar shows in tabular form the averaged over the duration of a step currents in the individual strands. example
Stromleiste power strip
Molenströme [kmol/h]  Mole flows [kmol / h]
Strom  electricity
C CH4 CO C02 H2 H20 N2 02 C CH4 CO CO2 H2 H20 N2 02
1 0 0 0 0 0 0 1602 4001 0 0 0 0 0 0 1602 400
2 0 23 0 0 4455 0 133 02 0 23 0 0 4455 0 133 0
3 0 2250 0 0 0 0 133 03 0 2250 0 0 0 0 133 0
4 0 0 0 0 0 0 128 4004 0 0 0 0 0 0 128 400
5 0 23 45 1 755 6 6633 05 0 23 45 1 755 6 6633 0
6 0 0 57 11 33 774 6761 06 0 0 57 11 33 774 6761 0
7 0 0 0 0 0 0 11207 07 0 0 0 0 0 0 11207 0
8 0 0 0 0 0 0 11207 08 0 0 0 0 0 0 11207 0
9 0 0 0 0 0 0 11207 09 0 0 0 0 0 0 11207 0
10 0 0 0 0 0 0 11207 010 0 0 0 0 0 0 11207 0
11 0 0 0 0 0 0 11207 011 0 0 0 0 0 0 11207 0
12 0 0 0 0 0 0 11207 012 0 0 0 0 0 0 11207 0
13 1125 0 0 0 0 0 0 013 1125 0 0 0 0 0 0 0
14 3353 0 0 0 0 0 0 0 14 3353 0 0 0 0 0 0 0

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Durchführung endothermer Gasphasen- oder Gas-Feststoff-Reaktionen, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Produktionsphase in einer ersten Reaktorzone, der Produktionszone, die zumindest teilweise mit Feststoffpartikeln gefüllt ist, wobei die Feststoffpartikel in Form eines Festbetts, eines Wanderbetts und abschnittsweise / oder in Form eines Wirbelbetts vorliegen, die endotherme Reaktion durchgeführt wird und der produkthaltige Gasstrom in dem Bereich des höchsten Temperaturniveaus plus bzw. minus 200 K aus der Produktionszone abgezogen wird und der produkthaltige Gasstrom durch eine zweiten Reaktorzone, der Wärmerückführungszone, die zumindest teilweise ein Festbett enthält, geleitet wird, wobei die Wärme des produkthaltigen Gasstroms im Festbett gespeichert wird, und im anschließenden Spülschritt ein Spülgas in gleicher Strömungsrichtung durch die Produktionszone und die Wärmerückführungszone geleitet wird, und in einer Heizzone, die zwischen der Produktionszone und der Wärmerückführungszone angeordnet ist, die für die endotherme Reaktion benötigte Wärme in den produkthaltigen Gasstrom und in den Spülstrom oder in den Spülstrom eingetragen wird, und anschließend in einer Regenerationsphase ein Gas in umgekehrter Strömungsrichtung durch die zwei Reaktorzonen strömt und die Produktionszone aufheizt. 1. A method for carrying out endothermic gas phase or gas-solid reactions, characterized in that in a production phase in a first reactor zone, the production zone which is at least partially filled with solid particles, wherein the solid particles in the form of a fixed bed, a moving bed and sections or in the form of a fluidized bed, the endothermic reaction is carried out and the product-containing gas stream in the range of the highest temperature level plus or minus 200 K is withdrawn from the production zone and the product-containing gas stream through a second reactor zone, the heat recovery zone, at least partially Fixed bed contains, is stored, wherein the heat of the product-containing gas stream is stored in a fixed bed, and in the subsequent rinsing step, a purge gas is passed in the same flow direction through the production zone and the heat recovery zone, and in a heating zone between the Prod the heat required for the endothermic reaction in the product-containing gas stream and in the purge stream or in the purge stream, and then in a regeneration phase, a gas flows in the reverse flow direction through the two reactor zones and heats the production zone.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die für die endotherme Reaktion benötigte Wärme in den Spülstrom eingetragen wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the heat required for the endothermic reaction is introduced into the purge stream.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Regenerationsphase ein möglicher Wärmeintrag in der Heizzone mit einer auf das Volumen der Heizzone bezogenen Wärmeleistung kleiner als 100kW/m3 ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that during the regeneration phase, a possible heat input in the heating zone with a related to the volume of the heating zone heat output is less than 100kW / m 3 .
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die über eine Periode gemittelte Sinkgeschwindigkeit des Feststoffstroms in der Produktionszone im Bereich von 0 m/h bis 50 m/h liegt. 4. The method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the averaged over a period sinking rate of the solids flow in the production zone in the range of 0 m / h to 50 m / h.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Grenzfläche zwischen den Feststoffpartikeln in der Produktionszone und der Gasphase und/oder dem Festbett in der Wärmerückführungszone und der Gasphase größer als 50 m2/m3 beträgt. 5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the specific interface between the solid particles in the production zone and the gas phase and / or the fixed bed in the heat recovery zone and the gas phase is greater than 50 m2 / m3.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffpartikeln der Produktionszone ein Katalysator für eine endotherme Gasphasenreaktion, ein Feststoffkontakt für eine endotherme Gas-Feststoff-Reaktion und/oder das Produkt einer endothermen Reaktion sind und dass das Festbett der Wärmerückführungszone chemisch inert im Bezug auf die Rückreaktion der endothermen Reaktion ist. 6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the solid particles of the production zone are a catalyst for an endothermic gas phase reaction, a solid contact for an endothermic gas-solid reaction and / or the product of an endothermic reaction and that the fixed bed the heat recovery zone is chemically inert with respect to the reverse reaction of the endothermic reaction.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Wärmekapazität der Gase, die während der Regenerationsphase durch das Produktionsbett strömen, und der Wärmekapazität der Gase, die während der Produktionsphase durch das Produktionsbett strömen, zwischen 0,5 und 2 liegt. Method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the ratio between the heat capacity of the gases which flow through the production bed during the regeneration phase and the heat capacity of the gases which flow through the production bed during the production phase is between 0.5 and 2 lies.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die für die endotherme Reaktion benötigte Wärme durch Verbrennung eines Brenngases mit Hilfe eines sauerstoffreichen Gases in der Heizzone eingebracht wird, wobei das Brenngas im Hauptstrom aus der Produktionszone während des Produktionsschritts oder während des Spülschritts enthalten ist und das Brenngas beim Eintritt in die Heizzone Temperaturen von 350°C bis 1200°C aufweist. Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the heat required for the endothermic reaction is introduced by combustion of a fuel gas with the aid of an oxygen-rich gas in the heating zone, wherein the fuel gas in the main stream from the production zone during the production step or during the Flushing step is included and the fuel gas has temperatures of 350 ° C to 1200 ° C when entering the heating zone.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zyklisch betrieben wird und die Produktionsphase zwischen 20 und 60 % der Periodendauer und die Regenerationsphase zwischen 20 und 60 % der Periodendauer einnimmt, wobei der Spülschritt zwischen 0 und 40 % der Periodendauer einnimmt. Method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the process is operated cyclically and the production phase occupies between 20 and 60% of the period and the regeneration phase between 20 and 60% of the period, wherein the rinsing step between 0 and 40% of Takes period.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Beladen und Entladen in der Produktionszone mit Feststoffpartikeln stattfindet, wäh- rend die Produktionszone nicht mit edukthaltigem Gas durchströmt wird. 10. The method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the loading and unloading takes place in the production zone with solid particles, while the production zone is not flowed through with edukthaltigem gas.
1 1. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren im Druckwechselmodus betrieben wird, wobei die Produktionsphase bei einem Druck im Bereich von 2 bis 60 bar durchgeführt wird und die Regenerationsphase bei einem Druck im Bereich 1 bis 10 bar durchgeführt wird. 1 1. The method according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the method is operated in the pressure change mode, wherein the production phase is carried out at a pressure in the range of 2 to 60 bar and the regeneration phase at a pressure in the range 1 to 10th bar is performed.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der edukthaltige Strom eine Strömungsgeschwindigkeit in der Produktionszone von 0,001 bis 20 m/s aufweist. 12. The method according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the educt-containing stream has a flow rate in the production zone of 0.001 to 20 m / s.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als endotherme Gasphasen- oder Gas-Feststoff-Reaktionen folgende Verfahren durchgeführt werden: Herstellung von Wasserstoff, von Synthesegas, von Styrol, Propen, Buten und/oder Benzol, von Acetylen, von Kohlenstoffmonoxid, von Blausäure sowie die Kalzi- nierung von Aluminiumhydroxid. 13. The method according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that are carried out as endothermic gas phase or gas-solid reactions, the following processes: Preparation of hydrogen, of synthesis gas, of styrene, propene, butene and / or benzene, from Acetylene, carbon monoxide, hydrogen cyanide and the calcination of aluminum hydroxide.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend die Verfahrensschritte (a) Einleiten eines edukthaltigen Gases in eine vorgeheizte Produktionszone und Durchführen der endothermen Reaktion in der Produktionszone, die zumindest teilweise mit Feststoffpartikeln gefüllt ist (Prozessschritt: Produktion), (b) ggf. Wärmeeintrag zum produkthaltigen Gasstrom in einer Heizzone, die stromabwärts der Produktionszone angeordnet ist (Prozessschritt: Wärmeeintrag), (c) Wärmeübertragung vom produkthaltigen Strom aus Schritt (b) auf eine Packung aus Feststoffpartikeln und/oder strukturierten Einbauten in einer Wärmerückführungszone, die stromabwärts der Heizzone angeordnet ist (Prozessschritt: Wärmespeicherung), (d) Spülen der Produktionszone und der Wärmerückführungszone mit einem inerten Spülgas in Strömungsrichtung des edukthaltigen Gases (Prozessschritt Spülen), (e) Wärmeeintrag zum produkthaltigen Gasstrom in einer Heizzone, die stromabwärts der Produktionszone angeordnet ist (Prozessschritt: Wärmeeintrag), (f) Unterbrechen der Einleitung von edukthaltigem Gas und Einleiten eines Regenerationsgases in die Wärmerückführungszone mit im Vergleich zum edukthaltigen Gas entgegengesetzter Strömungsrichtung, (g) Wärmeübertragung von der im Schritt (c) erhitzten Feststoffpartikeln und/oder strukturierten Einbauten auf das Regenerationsgas (Prozessschritt: Wärmefreisetzung), (h) Wärmeübertragung von dem im Schritt (e) erhitzten Regenerationsgas auf die Feststoffpartikel in der Produktionszone (Prozessschritt: Aufheizung), (i) Unterbrechen der Einleitung von Regenerationsgas in die Wärmerückführungszone und Einleiten eines edukthaltigen Gases in eine vorgeheizte Produktionszone mit im Vergleich zum Regenerationsgas Strömungsrichtung analog Schritt (a). 14. The method according to at least one of claims 1 to 13, comprising the method steps (a) introducing a edukthaltigen gas in a preheated production zone and performing the endothermic reaction in the production zone, which is at least partially filled with solid particles (process step: production), (b ) optionally heat input to the product-containing gas stream in a heating zone, which is arranged downstream of the production zone (process step: heat input), (c) heat transfer from the product-containing Stream from step (b) to a packing of solid particles and / or structured internals in a heat recovery zone located downstream of the heating zone (process step: heat storage), (d) purging the production zone and the heat recovery zone with an inert purge gas in the direction of flow of the educt-containing gas (Process step purging), (e) heat input to the product-containing gas stream in a heating zone, which is located downstream of the production zone (process step: heat input), (f) interrupting the introduction of edukthaltigem gas and introducing a regeneration gas in the heat recovery zone with compared to edukthaltigen gas (b) heat transfer from the solid particles heated in step (c) and / or structured internals to the regeneration gas (process step: heat release), (h) heat transfer from the regeneration gas heated in step (e) to the solid particles l in the production zone (process step: heating), (i) interrupting the introduction of regeneration gas in the heat recovery zone and introducing a edukthaltigen gas in a preheated production zone with compared to the regeneration gas flow direction analogous step (a).
Reaktor umfassend drei Zonen, eine Produktionszone beinhaltend eine Packung aus Feststoffpartikeln, eine Heizzone und eine Wärmerückführungszone beinhaltend ein Festbett, wobei die Packung aus Feststoffpartikeln und das Festbett aus unterschiedlichen Materialien bestehen und Feststoffpartikel während des Reaktorbetriebs einfüllbar und ausschleusbar sind. Reactor comprising three zones, a production zone containing a packing of solid particles, a heating zone and a heat recovery zone comprising a fixed bed, wherein the solid particle packing and the fixed bed are made of different materials and solid particles can be filled and discharged during reactor operation.
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